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导读
采用引诱态方式，实际使用的基于非理想单光子源的量子秘钥分发的安全性等价于理想单光子源的安全性。
撰文｜王向斌复旦学院化学系
序言：量子通讯的优势依赖于单量子态（如单光子）的奇特量子属性。现实条件下，理想的单光子源并不存在。引诱态方式可以促使基于非理想单光子源的量子通讯的安全性等价于理想单光子源，已广泛应用于实际量子保密通讯。我们以浅显语言介绍该技巧最核心的思想。看懂本文须要初中的二元一次多项式组知识，而且最重要的还是细致和耐心。
我们先回顾一下前两篇文章的要点。（一）：对于秘钥，成功监听的标准是盗取秘钥且不留痕迹；（）（二）：基于理想单光子源的量子秘钥分发，任何监听必留痕迹；（）这儿，我们将介绍极为重要的（三）：采用引诱态方式量子通讯 优点，实际使用的基于非理想单光子源的量子秘钥分发的安全性等价于理想单光子源的安全性。
1.笑泉的故事。在我的老家，四川严桥镇的龙骨山顶上，有口神秘的泉水，也称笑泉。在附近对它笑或则鼓掌，泉水便会涌起。笑泉水的每位液滴，九成以上的机率是保健液滴，很小的机率是毒药液滴。我们很确切地晓得，笑时形成的液滴90%为保健，10%为毒药；鼓掌时形成的液滴95%为保健，5%为毒药。山上有个红色通道直通山脚，通道被魔鬼控制。魔鬼能分辨保健液滴和毒药液滴，并且我们自己不能分辨。魔鬼能够决定保健液滴和毒药液滴各自的通过率。泉水通过蓝色通道时，一般情况下会消耗掉好多，例如可能会消耗掉99%的液滴。有一个传说，通过蓝色通道后的泉水液滴，纯的保健液滴可以让人年青十岁，而且不纯的液滴可能对饮者引起重大伤害。由于难以保证得到纯的保健液，至今无人敢饮。本世纪初，早已有人发明了一个方式可以提炼出纯净的保健液滴，前提是要晓得提炼之前保健液滴和毒药液滴的占比值。保健占比越大，提炼出的纯保健液滴量越多。为了能得到有意义的提炼结果，我们须要有一个方式在提炼之前判定水底的保健液滴和毒药液滴的占比值或则有意义的界值。我们须要晓得通过了蓝色通道的这些液滴中保健液滴占比，而不是山上水源中的保健液滴占比。原则上，经过通道后的这些液滴，有可能全是毒药的，也有可能绝大多数是保健的。我们要有个方式否认究竟是哪种。
2.引诱态技巧。山顶实验者（私密）随机地笑或鼓掌，每次笑或鼓掌都只形成一颗液滴，把这些液滴挨个发往红色通道。算出通过蓝色通道后的保健液滴和毒药液滴量。假设魔鬼察觉不到人在山顶上的私密行为。借助一个重要的事实：山上水源中所有保健液滴都完全一样，所有毒药液滴也都完全一样。这样，假如随机地鼓掌或笑形成了这些保健液滴，其通道通过率必然相等，毒药液滴也一样。只要我们晓得了保健液滴的通过率和毒药液滴的通过率，经过通道后的每类液滴占比其实也就晓得了。
由于实验者晓得何时笑何时鼓掌，下述数据是已知的：笑形成的液滴数N_笑，鼓掌形成的液滴数N_掌；因笑而形成且通过了通道的液滴个数n_笑，因鼓掌而形成的且通过了通道的液滴个数n_掌。假定所有保健液滴通过率为x,所有毒药液滴的通过率为y，我们有
90%·N_笑·x+10%·N_笑·y=n_笑
95%·N_掌·x+5%·N_掌·y=n_掌
两个未知数，两个等式。当我们解出了x和y后，山脚接收端有多少毒药液滴和保健液滴就直接可算了。这样，我们无需了解魔鬼怎么做，我们只需解上述联立多项式。例如说，假如魔鬼通道制止了所有的保健液滴，我们解出的值一定是0，假如魔鬼通道对保健液滴和毒药液滴无差别处理，我们解出的值也一定相等。
3.一些常见的疑惑和解答：
（1）：是否要求通道是稳定的？
答：不要求。我们方程式解的结果总是对的，无论魔鬼采用何种通道策略。
（2）：魔鬼能预知或偷听到实验者何时笑何时鼓掌吗？
答：不能，我们借助的就是这点，所以称作引诱态方式。何时笑何时鼓掌，是实验者的私密行为。这是引诱态方式的基本要求。
（3）：方式中假设笑液滴和鼓掌液滴通过率相等吗？
答：这是一些人的错误理解。我们用到的是：笑形成的毒药液滴通过率和鼓掌形成的毒药液滴通过率相等；笑形成的保健液滴通过率和鼓掌形成的保健液滴通过率相等。这并不意味着所有笑形成的液滴的通过率和所有鼓掌形成的液滴通过率也相等。时常有人在这儿理解出错，如H.P.Yuen院士在网上发布的所谓对引诱态理论的指责文章【1】，就理解错了。该论文在网上发布已有8年时间了，虽几经更改，至今也无法在学术刊物上发表。我在之前的一篇浅显文章【2】中说过，在这篇文章中，Yuen只是“成功批驳了他自己所理解的那种引诱态方式”。
4.量子保密通讯中的引诱态方式。其核心思想就是前述故事。我们的光源发出的光脉冲有时侯是单光子（保健液滴）的有时侯是多光子（毒药液滴）的。通道衰减较大。采用几种不同光子数分布的光源，记下各个光源脉冲在接收端计数，反解单光子和多光子计数的界值。实际安全性剖析远比上面说的复杂。想更深入地了解这个问题，要阅读原始科学文献，如【3,4,5】。
5.引诱态方式已广泛应用于实用化量子通讯。自从我国科学家于2007年突破百公里级引诱态方式量子通讯实验【6】以来，该方式在国外外成为研制的热点，渐渐成为实用化量子保密通讯的主要方式。非常是，成功应用于量子通讯网路诸如沪宁干线，北京量子通讯试验网和卫星对地量子秘钥分发等。引诱态方式也应用于新型量子保密通讯合同的研究，比如我组2016年提出的4硬度优化合同【7】和我组2018年提出的“发或不发”双场量子秘钥分发合同【8】，以及国外同行提出的无后选位相的双场合同【9】等。采用4硬度优化合同【7】，中国科学家潘建伟，张强，陈腾云等成功实现了404公里量子保密通讯【10】，为当时地面量子通讯最远安全距离，并赶超了传统量子保密通讯合同虽然拥有理想单光子源的地面距离的理论极限；明年初，采用“发或不发”双场合同【8】，同一团队又成功实现了509公里量子保密通讯【11】，为现在地面量子通讯最远安全距离【12】，并赶超了传统量子通讯合同虽然拥有理想光源和检查设备条件下的成分辨率理论极限。
引诱态方式大力推进了量子保密通讯的实用化进程。在引诱态方式量子保密通讯之外，还有连续变量方式和量子纠缠分发方式。采用前者，虽然光源被监听者控制，秘钥仍然安全。听上去无法置信，而且奇特的量子纠缠的确才能做到。
附注说明：笑泉真实存在，不过不在龙骨山顶，在那附近的一个叫笑泉口的地方。笑泉水香浓可口量子通讯 优点，纯保健，绝无任何有害成份。笑泉水做下来的饭非常香。
【1】H.P.Yuen,
【2】知识分子，王向斌谈量子保密通讯：我为何不愿回应自媒体的一些文章，
【3】X.-B.Wang,Phys.Rev.Lett.94,(2005)
【4】H.-K.Lo,X.Ma,andK.Che,Phys.Rev.Lett.94,(2005)
【5】X.-B.Wang,etal,,1(2007)
【6】C.-Z.Peng,J.Zhang,D.Yang,W.-B.Gao,H.-X.Ma,H.Yin,H.-P.Zeng,T.Yang,X.-B.Wang,andJ.-W.Pan,98,(2007).
【7】Y.-H.Zhou,Z.-W.YuandX.-B.Wang,Phys.Rev.A(2016)
【8】X.-B.Wang,Z.-W.Yu,andX.-L.Hu,Phys.Rev.A98,(2018)
【9】C.yi,Z.-Q.Yin,R.Wang,W.Chen,S.Wang,G.-C.Guo,andZ.-F.Han,Phys.Rev.Appl.11,(2019).
【10】H.-L.Yinet.Rev.Lett.117,(2016)
【11】ChenJ-Pet.Rev.Lett.124，(2020)
【12】,“anewfiberQKDofover509km”,