【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，廣西大學量子信息與量子通信團隊在芯片嵌入的高效率量子數(shù)字簽名網(wǎng)絡研究方面取得新進展，研究成果以“Chip-integrated quantum signature network over 200 km”為題發(fā)表在國際光學期刊Light: Science & Applications。論文的第一作者為我校物理科學與工程技術(shù)學院2022級博士研究生杜永強，南京大學物理學院博士研究生李炳宏、曹嘯宇，國家信息光電子創(chuàng)新中心博士華昕，通訊作者為我校物理科學與工程技術(shù)學院教授韋克金、中國人民大學副教授尹華磊、國家信息光電子創(chuàng)新中心總經(jīng)理肖希。我校為論文的第一單位及通訊單位。
 

　　在傳統(tǒng)加密技術(shù)面臨量子計算威脅的背景下，量子通信因其在信息安全性上的獨特優(yōu)勢而備受關(guān)注。其中，量子數(shù)字簽名(QDS)作為一種重要的密碼學工具，因其能夠保障信息傳輸?shù)耐暾?、真實性和不可抵賴性，在電子商務、?shù)字貨幣以及區(qū)塊鏈等領(lǐng)域具有重要的應用價值。目前，QDS已經(jīng)從概念驗證迅速發(fā)展到成熟的系統(tǒng)演示，有望成為下一個商用量子密碼技術(shù)。然而，此前所有的QDS系統(tǒng)均依賴昂貴、復雜的光纖光學設備，使其在大規(guī)模部署以及與現(xiàn)有通信基礎(chǔ)設施無縫集成方面存在挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展低成本、高效率和易擴展的芯片化QDS網(wǎng)絡具有重要的研究價值和廣泛的應用前景。
 

　　針對這一目標，我校量子信息與量子通信團隊和國家信息光電子創(chuàng)新中心肖希團隊基于前期發(fā)展的具有偏振追蹤能力的偏振編碼量子密鑰分發(fā)解碼器芯片、資源節(jié)約型的芯片化量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)以及芯片集成的源無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器等領(lǐng)域的技術(shù)積累，聯(lián)合中國人民大學副教授尹華磊團隊，提出了一種創(chuàng)新的星型拓撲QDS網(wǎng)絡架構(gòu)(圖1所示)，并發(fā)展了單誘騙態(tài)一次全域哈希QDS協(xié)議(圖2所示)，在提高系統(tǒng)性能的同時極大降低了系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)后處理的復雜度，并基于硅基編碼器和解碼器芯片完成三節(jié)點量子數(shù)字簽名網(wǎng)絡示范。
 

圖1.星型拓撲結(jié)構(gòu)的芯片QDS網(wǎng)絡示意圖
 

圖2. 高效QDS協(xié)議運行示意圖
 

　　圖3.實驗設置。(a) 基于芯片的三節(jié)點量子網(wǎng)絡。(b) 硅基編碼器芯片的顯微圖。 (c) 硅基解碼器芯片的顯微圖。
 

圖4.不同傳輸距離下的簽名率
 

　　研究團隊基于所提網(wǎng)絡配置，采用發(fā)展的新型QDS協(xié)議開展實驗，匯總了不同距離下開展QDS實驗獲得的結(jié)果，展示了該研究帶來的突破。所提的芯片化QDS方案在200 km的光纖距離下，簽名1Mbit文件實現(xiàn)了0.04次每秒的簽名速率。這一研究不僅推動了QDS技術(shù)的實用化進程，還在量子電子商務、量子區(qū)塊鏈等其他量子通信領(lǐng)域具有廣泛的應用價值。
 

　　據(jù)悉，Light: Science & Applications創(chuàng)刊于2012年，專注于報道光子學、光電子學及與材料科學、生命科學、量子技術(shù)等領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新，致力于發(fā)表具有重大理論突破或顛覆性應用潛力的原創(chuàng)研究、綜述及前瞻性評論。