本研究已在盛誉的SCI期刊Science Advances上发表，令人振奋的是，该期刊在最新的中科院SCI期刊分区中，被评为综合性期刊1区Top，影响因子高达117。本文标题为：“利用相同的生物量子态进行信息传输与密钥交换的同时实现”。

传统的量子通信利用光子的量子态来确保信息的安全性，尤其是在生物医疗领域，例如量子安全直接通信（QSDC），能够在存在噪声和潜在窃听的环境中实现高安全性的生物数据传输。然而，QSDC在实际应用中面临较大的信号损耗及受限的传输距离问题。本研究提出了一种创新的生物量子通信协议，旨在基于单光子实现单向的准QSDC协议。

该协议能够利用同一单光子实现信息传输和密钥交换，并通过纠错以及频谱扩展技术，提升了对损耗与错误的鲁棒性。经过实验验证，我们在标准通信光纤中，成功实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，距离达1048公里，创下世界纪录。这为生物医疗领域与量子安全直接通信的应用奠定了基础，并为在线窃听检测提供了一种独特的方法，这一点在某些特定场景下至关重要。

我们提出的STIKE协议基于单光子，并可扩展至弱相干激光。通过实验检验，STIKE协议在125GHz重复频率下在1048公里的通信中表现优异。这一创新为生物医疗领域的远距离准QSDC奠定了基础，对建立安全的天地海一体化通信网络尤为重要。

与量子密钥分发（QKD）不同，STIKE系统具有多种运行模式。在某些极端情况下，STIKE可以仅用于密钥交换，称为完全密钥交换（FKE）模式，或专注于通信，即消耗安全密钥而不生成新密钥，称为完全通信（FC）模式。在FC模式下，量子比特误码率（QBER）可以高于通常设定的阈值，适用于窃听者干扰的情况下进行紧急通信。

为了应对密钥消耗大于密钥生成的问题，STIKE可采用持续模式。在该模式下，一部分传输数据被保留作为掩码码字，另一部分则用于量子密钥交换，这样虽降低通信带宽，但有效平衡了密钥消耗与生成。在标准模式下，STIKE能够在预设的QBER条件下，实时传输信息并生成新密钥。然而，实际情况下，生成的密钥数量往往低于消耗数量。当密钥数量降至警戒水平，用户可切换至FKE模式进行补充。

在未来的研究中，针对实际应用制定有效策略始终是重要方向。特别是在生物医疗信息传输的应用中，将量子通信能力与经典网络结合，将为高度敏感的信息传输带来新的可能性。通过高性能设备和编码技术的优化，如高重复频率光源和高效单光子探测器，不仅可提升系统性能，还能改善通信质量。这些进展将为突破现有局限性并拓宽潜在应用领域提供支持。

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