前些天写了一篇 详解量子加密【通俗版】，通读下来虽然感觉通篇差不多能顺畅成文，但是因为参考了Mark Fox的章节内容，导致忘记了强调可利用量子特性的不同手段。
而墨子号量子通讯卫星已经在轨道上正式运作，而且它使用的是光子对的量子纠缠态而不是利用单光子偏振或者相位的量子测量。我觉得很有必要详细介绍不同的实用手段。
Mark Fox教材里用到的是普通的单光子光源（Single-photon source）的偏振或者相位特性，并没有用到量子纠缠态。而墨子号量子通讯卫星则直接用到了光子对的量子纠缠态。
光子的量子纠缠态制备通常用到的手段是自发参量下转换（SPDC：Spontaneous parametric down-conversion ）。我搜索了一下关于墨子号量子通讯卫星的新闻，它使用的应该就是由SPDC产生的纠缠态光子对。题图就是利用高频高场强的紫外激光器激发BBO晶体，利用自发参量下转换产生纠缠态光子对。
下图所示的就是在紫外波段的泵浦激光激励下， 利用BBO晶体满足相位匹配条件，在晶体中实现频率下转换，生成两个处于量子纠缠态的同频率的红色光子。
显然是外行一知半解的错误报道。但是根据他们提供的这条信息也可以确认墨子号使用的确实是BBO晶体配合紫外泵浦激光器的SPDC双光子纠缠态技术。
理论上SPDC也可以用来制备单光子，但是更常用的单光子制备手段主要是在玻璃或晶体中掺入荧光染色分子（如落丹明）、钻石中的颜色中心以及量子点结构。其理论依据是antibunching光子态。反集束态不同于偏振态、相位等物理性质，是没有经典模型与之对应的。生成反集束态的一个思路是用可控的光源或电源来激发出单一光子，实际应用中为了调制方便，通常会选择电子方式，如下图所示，量子点LED在脉冲电压激发下发出服从亚柏松分布的单光子：
单光子量子密钥传输，虽然不依赖量子纠缠态，对光源的要求稍低一点，但是接收端对接收器的要求依然很高：需要单光子接收器，比如单光子雪崩光电二极管。可观测的量子效应除了需要光子本身具有量子效应以外，还要求探测器本身要满足量子探测的性能要求。比如量子效率——低量子效率的探测器即使接收到亚泊松统计的光束，还是会将其退化成泊松态光子。这也正是在高量子效率的接收器出现以前，实验室里无法验证很多理论预言的光量子特性的原因：哪怕科学家设法制备了亚泊松态光源，低效探测器还是会将其纪录为普通的泊松态光源。
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啰哩啰嗦写着么多，其实想说的是，自己DIY一部量子通讯设备已经相当可行。不管是原理还是元件材料，目前都触手可及。单纯看材料物件成本，不会超过几万元。当然，要学习理解相关知识，或者招募组织相关领域的工程师，也许会需要更多的时间精力。
但是就像Linux操作系统、Wikileaks（新闻网站）、Bitcoin一样，IT领域的成果绝对不能都被政府、大公司垄断，否则在不远的将来，处于弱势方的个体，会连躲在暗处的唯一优势都失去，丧失任何有意义的自由和自主性，成为闭目塞听、孤陋寡闻、处处被监视、处处被针对的人口基数而已。
