由通信双方利用量子信息技术产生并分享的密钥，其随机性和通信安全性由量子力学特性保证，用于通信过程中的加解密消息。

量子密钥在狭义上指通信双方通过量子密钥分发技术产生的对称密钥，其安全性由量子力学基本原理保障的信息论可证安全的密钥，即其安全性可以通过严格的数学证明来保证；

广义上，采用一种或多种理论论证安全的量子技术进行安全增强的密钥均可以称为”量子密钥”。

1968年，斯蒂芬·威斯纳提出量子系统处理信息的新方法。1980年，美国阿贡国家实验室的Paul Benioff提出了图灵机的量子力学模型，标志着量子计算领域的诞生，量子密钥得以基于此开始发展。至1984年，美国物理学家Charles H. Bennett和加拿大密码学家Gilles Brassard共同提出BB84协议，这是量子密钥分发领域第一个协议，它利用量子态的不可克隆和测量坍缩特性进行安全的量子密钥分发，标志着量子密码学和量子通信领域的开端，为后续的量子密钥的进一步发展奠定了基础。

1984年，由美国物理学家Charles H. Bennett和加拿大密码学家Gilles Brassard提出的BB84协议，利用单光子的不可分割性和未知量子态的不可复制性等量子力学特性，从原理上保证了密钥的不可窃听，从而确保了信息传输的安全性。BB84协议是量子密钥分发领域第一个协议，标志着量子密钥分发技术的诞生。1992年，继BB84协议之后，Charles H. Bennett又发表了另一个量子密钥分发协议B92协议，使用两种量子状态进行密钥分发。随着技术的发展，为了克服实际应用中的困难，提出了测量设备无关量子密钥分发协议（MDI-QKD），这种协议不依赖于测量设备的准确性，提高了系统的安全性。近年来，双场量子密钥分发协议（TF-QKD）被提出并得到实验证实，这种协议进一步提升了量子密钥分发的效率和距离/近期，中国科学技术大学潘建伟、陈腾云等与清华大学马雄峰合作，首次在实验上实现了模式匹配量子密钥分发，这种协议在不需激光器锁频锁相的条件下可以实现远距离安全成码，且在城域距离有较高成码率，极大地降低了协议实现难度，对未来量子通信网络构建具有重要意义。随着技术的逐渐发展，量子密钥分发技术逐渐完成了实用化，并形成了一定的产业规模。中国在这一领域的发展尤为迅速，例如“京沪干线”的建设，这将大幅提高中国在军事国防、银行、金融系统的信息安全。

1984年，美国物理学家Charles H. Bennett和加拿大密码学家Gilles Brassard提出了第一个量子密钥分发协议BB84；

1989年，Bennett和Brassard在美国IBM公司实现了第一个量子密钥分发实验；

1995年，中国科学院物理研究所研究员吴令安完成了国内第一个量子密钥分发实验；

2008年，欧洲电信标准化协会（ETSI）启动量子密钥分发标准化工作；

2016年，中国“墨子号”卫星顺利发射。作为全球首颗量子科学实验卫星，“墨子号”圆满完成量子密钥分发等三大科学目标，刷新了中国在量子通信领域研究的国际地位；

2022年，“天宫二号”和四个卫星地面站上的紧凑型量子密钥分发终端，实现了空对地实用化的量子密钥分配实验，生成“天机不可泄露”的量子密钥；

2023年，中国科学技术大学潘建伟等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统所尤立星等，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发，不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案；

2024年3月，中国发布GB/T 43692-2024《量子通信术语和定义》，完成了各术语定义的统一；同年4月，德国技术大学（DTU）的研究团队使用连续变量量子密钥分发（CV QKD）技术，成功在创纪录的100公里距离上实现了量子安全密钥的分发；

BB84协议的提出

1984年，Charles H. Bennett和Montreal大学的Gilles Brassard提出了第一个量子密钥分发协议——BB84协议。该协议利用单光子的偏振态来传输信息，并通过经典信道进行密钥协商和窃听检测。

早期实验与技术验证

1989年，Bennett和Brassard在户外实验室成功测试了BB84协议，实现了每秒10位信息的传输速率，距离为30厘米。英国国防研究部和瑞士日内瓦大学分别进行了BB84协议的相位编码和偏振编码传输实验。

技术改进与扩展

随后，科学家们提出了多种改进版本的QKD协议，如B92、EPR等，以解决BB84协议的一些局限性。2007年，中国科学技术大学在合肥建成了中国第一个量子通信局域网。

长距离传输与网络建设

2008年，剑桥大学与东芝合作的实验实现了在20公里光纤成码率达1.02 Mbit/s的量子密钥分发，并且100公里光纤的成码率达到了10.1 kbit/s。潘建伟团队在2010年利用诱骗态方法实现了超过200公里的量子密钥分发，这是当时可以达到的最远距离。2023年，北京量子信息科学研究院袁之良团队首创开放式新架构，采用光频梳技术，成功实现615公里光纤量子通信。

全球量子通信网络的发展

量子密钥分发利用量子态来编码和传输加密密钥。例如，单个光子可以作为量子比特，通过其偏振状态来表示信息。这些量子比特可以是圆偏振或线偏振，分别代表不同的二进制值。

量子力学的基本原理，指出无法同时精确测量一个粒子的两个互补属性（如位置和动量）。在QKD中，这一原理确保了任何对量子态的测量都会干扰该态，从而使得窃听行为可以被检测到。

复制未知量子态的精确副本是不可能做到的，也即窃听者无法复制传输中的量子比特而不被发现，因为任何尝试测量都会改变量子态。

当两个粒子处于纠缠状态时，它们的量子态相互依赖，即使相隔很远，对其中一个粒子的测量会立即影响到另一个粒子的状态。这种特性使得QKD能够实现安全的密钥分发。

量子密钥在支付系统中被用于实现网络层的加解密，通过专用的量子加解密设备来保障支付系统的安全性。在智慧城市中，量子密钥被用于视频会议系统的加密，确保音视频数据传输的安全性。在金融领域，量子密钥已经被用于同城数据备份和加密传输、网上银行加密、异地灾备、视频会议、监管信息采集报送及大数据应用等方面。

IBM于2024年11月宣布了最新一代的量子计算机，可以利用Qiskit在IBM的全球量子数据中心准确运行量子电路，最多可达5000个两量子比特门操作，在执行复杂算法方面具有创纪录的规模、速度和准确性。

2023年11月，Zapatero等学者提出了即使在存在不完美设备的情况下也能实现安全的密钥交换，提高了量子密钥分发的安全性。这项研究涵盖了从Bell定理到安全的量子密钥分发的转变，不仅允许基于量子力学的信息论安全性，而且还放松了对设备进行物理建模的需求，从而从根本上排除了非DI QKD系统容易受到的许多量子黑客威胁。

量子密钥分发网络的实用化、产业化和空地一体广域化

随着量子密钥分发技术的发展，量子密钥有望成为信息安全领域具有长期安全性保障的保密通信方案。近年来，世界三大国际标准化组织国际电信联盟 （ITU）、国际标准化组织（ISO）、国际电工协会（IEC）均启动了量子保密通信相关标准化工作，全球主要国家和发达地区正在加快部署量子保密通信网络。同时，中国也正致力于构建一个完整的空地一体广域量子通信网络技术体系，包括地面的量子通信网络和卫星量子通信，以实现全球范围内的覆盖，确保信息传输的安全，实现高效的信息传输。

量子密钥分发安全攻防机制

随着量子密钥在未来的实用化、产业化应用，量子通信安全攻防机制也将成为重点，未来将其大规模应用的政务、金融和能源等关键领域也将重点关注量子密钥分发的保护措施，以支撑敏感信息的安全传输需求。

量子密钥安全测评与认证

量子密钥的安全测评与认证将成为量子通信系统的安全测评结果的重要组成部分，其安全级别将为量子通信技术的安全性和可靠性背书，为量子通信技术的商业化应用提供更强的保障。