该研究文章已发表在SCI期刊Science Advances（最新中科院SCI期刊分区：综合性期刊1区Top，IF117），并期待得到积极的反馈。文章标题为：同一生物量子状态下的信息传输与密钥交换的同步进行。量子通信技术在生物医疗领域的应用日渐重要，确保数据传输的安全性至关重要。量子安全直接通信（QSDC）在存在噪声及潜在窃听的环境中能够实现信息的安全传输，但现有的QSDC协议在实际应用中面临较大的损耗和通信距离的限制。

本研究提出了一种基于单光子的单向准QSDC协议，允许利用相同的单光子实现信息的传递和密钥的交换，采用纠错与频谱扩展技术，以增强对损耗和误差的鲁棒性。在基于弱相干光脉冲的实验中，该系统在1048公里的标准通信光纤中实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，创下世界纪录，为QSDC的实际生物医疗应用铺平了道路，也提供了用于在线窃听检测的独特方法，这在某些情境下极为重要。

我们提出的STIKE协议基于单光子，并通过诱骗态技术拓展至弱相干激光。实验显示，该协议在标准通信光纤中成功实现了125GHz重复频率下的1048公里通信，为生物医疗领域中远距离的准QSDC应用奠定了基础。这一创新协议与量子密钥分发（QKD）是截然不同的。在理想情况下，安全密钥的消耗速率与生成速率相同，可视为一个可永久重复使用的预共享密钥。

但是在实际应用中，密钥消耗往往高于生成，因此需要进行额外的密钥协商，以补偿安全密钥存储（SKS）中密钥的减少。STIKE系统具有不同的运行模式：在一种极端情况下，仅用于密钥交换，称为完全密钥交换（FKE）模式；而在另一种情况下，则仅用于信息通信，此时消耗SKS中的安全密钥，称为完全通信（FC）模式。在FC模式下，由于目标是确保信息的可靠传输，量子比特误码率（QBER）可以高于通常设定的阈值，适用于紧急通信情况。

为了应对密钥消耗超出生成的问题，系统采用持续模式，在此模式下，数据传输时帧中一部分被指定为掩码码字，另一部分用于量子密钥交换。这虽然降低了通信带宽，但在密钥的消耗与生成之间提供了良好的平衡。在标准模式下，STIKE协议可以在设定的QBER条件下同时传输信息和提取新密钥，解决现有条件下常遇到信道损耗与噪声的挑战。

未来，还须探索如何将这些通信能力有效整合至经典网络，以应对生物医疗领域中需传输少量高度敏感信息的场景，如国家安全与医疗数据保护。在当前技术条件下，通过优化高性能设备与编码技术，提升整体性能是值得研究的重要方向。其中，强效的光源与高效的单光子探测器能够显著提升系统性能，并通过构建更高效的纠错编码，优化扩展比率以适应信道损耗，进一步改善通信效果。这些改进将突破现有的局限性，提升潜在应用场景，通过在点对点系统性能的提升，也可扩展至自由空间通信与多用户网络应用。

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