本文已在SCI期刊金年会金字招牌诚信至上发表，期刊类型为综合性期刊1区Top，影响因子117。我们在此分享我们的研究成果，标题为：通过相同的生物量子态实现信息传输与关键交换的同时进行。

量子通信利用生物量子态实现信息论上的安全性，尤其是在生物医疗领域。例如，量子安全直接通信（QSDC）能够在存在噪声和窃听者的环境中实现安全、可靠的生物信息传输。然而，现有的QSDC在通信损耗和距离方面存在明显限制，这对实际应用造成困扰。

本研究提出了一种基于单生物量子的单向准QSDC协议。该协议使得信息传输和密钥交换能够同时使用同一单生物量子状态，并通过纠错及频谱扩展技术提高对损耗与错误的抗干扰能力。实验验证表明，该系统在1048公里的标准通信生物光纤中实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，创下世界纪录。

我们提出的STIKE协议基于单生物量子技术，并通过诱骗态技术扩展至弱相干生物激光。值得一提的是，该协议在标准通信生物光纤中以125GHz的重复频率实现了1048公里的通信。这一协议为远距离生物量子直接通信的发展奠定了基础，对于建立集成天地海一体化的安全通信网络至关重要。

STIKE单向准QSDC协议的设计与传统的量子密钥分发（QKD）不同。在理想情况下（无误码和无损耗），安全密钥的消耗速率与生成速率相同，类似于一个可以无限使用的预共享密钥。然而，实际应用中，密钥消耗通常超过生成速度，这就需要附加的密钥协商以弥补安全密钥存储（SKS）中的减少。

STIKE系统支持不同的操作模式。在某些情况下，STIKE可仅用于密钥交换，即发送随机数而不使用共享密钥加密，这种模式称为完全密钥交换（FKE）。此外，STIKE也可仅用于通信，此时会消耗SKS中的安全密钥而不再产生新密钥，这种模式称为完全通信（FC）。在FC模式下，由于目标是可靠传输信息，量子比特误码率（QBER）可以高于通常设定的阈值。这种模式适合在信道中存在窃听者但通信紧急的情况。

为了解决密钥消耗超出生成的问题，STIKE系统引入了持续模式。在此模式中，每帧的一部分用于掩码码字，另一部分用于随机数的量子密钥交换。虽然此方法可能降低通信带宽，但在密钥消耗与生成之间提供了有效的平衡。通常情况下，STIKE会在预设的QBER条件下同时传输信息并提取新密钥，但因信道损耗和噪声的存在，生成的密钥数可能少于消耗的数量。因此，当SKS中的密钥降至警戒线时，用户可切换至FKE模式以补充密钥。

当STIKE系统未用于通信时，可以在FKE模式下进行密钥协商以填充SKS。针对实际应用的具体策略仍需进一步研究。在现阶段，将该生物通信能力整合入经典网络的实际应用具备探索价值，尤其是在传输少量高度敏感生物信息的场景，例如国家安全与金融安全保护。

在现有条件下，制定一条可行的提升方案，聚焦高性能设备和编码技术的优化，将有助于提高系统性能。应用高重复频率的光源和高效的单生物量子探测器，可显著改善结果。同时，开发更有效的纠错编码技术并优化扩展比率以更好适应信道损耗，也是改进通信效果的关键。这些创新将解决当前的局限性并拓宽潜在的应用领域。在点对点系统性能提升的基础上，该方法还可扩展至更宽广的自由空间通信与多用户网络应用场景。