【儀表網 研發快訊】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字簽名網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，國家信息光電子創新中心博士華昕，通訊作者為我校物理科學與工程技術學院教授韋克金、中國人民大學副教授尹華磊、國家信息光電子創新中心總經理肖希。我校為論文的第一單位及通訊單位。
在傳統加密技術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勢而備受關注。其中，量子數字簽名(QDS)作為一種重要的密碼學工具，因其能夠保障信息傳輸的完整性、真實性和不可抵賴性，在電子商務、數字貨幣以及區塊鏈等領域具有重要的應用價值。目前，QDS已經從概念驗證迅速發展到成熟的系統演示，有望成為下一個商用量子密碼技術。然而，此前所有的QDS系統均依賴昂貴、復雜的光纖光學設備，使其在大規模部署以及與現有通信基礎設施無縫集成方面存在挑戰。因此，發展低成本、高效率和易擴展的芯片化QDS網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新中心肖希團隊基于前期發展的具有偏振追蹤能力的偏振編碼量子密鑰分發解碼器芯片、資源節約型的芯片化量子密鑰分發系統以及芯片集成的源無關量子隨機數發生器等領域的技術積累，聯合中國人民大學副教授尹華磊團隊，提出了一種創新的星型拓撲QDS網絡架構(圖1所示)，并發展了單誘騙態一次全域哈希QDS協議(圖2所示)，在提高系統性能的同時極大降低了系統硬件和數據后處理的復雜度，并基于硅基編碼器和解碼器芯片完成三節點量子數字簽名網絡示范。
圖1.星型拓撲結構的芯片QDS網絡示意圖
圖2. 高效QDS協議運行示意圖
圖3.實驗設置。(a) 基于芯片的三節點量子網絡。(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絡配置，采用發展的新型QDS協議開展實驗，匯總了不同距離下開展QDS實驗獲得的結果，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文件實現了0.04次每秒的簽名速率。這一研究不僅推動了QDS技術的實用化進程，還在量子電子商務、量子區塊鏈等其他量子通信領域具有廣泛的應用價值。
據悉，Light: Science & Applications創刊于2012年，專注于報道光子學、光電子學及與材料科學、生命科學、量子技術等領域的交叉創新，致力于發表具有重大理論突破或顛覆性應用潛力的原創研究、綜述及前瞻性評論。
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