“写”好量子数字签名 南邮捧得2019“挑战杯”特等奖

　　量子数字签名是量子密码的一种，由于量子不可拷贝的特性，使得应用该签名技术的电子文档等具有不可篡改性，保密性极高。近日，在2019年“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中，南京邮电大学的参赛作品“高性能量子数字签名系统”项目获得特等奖，该项目基于量子数字签名技术，研发了高性能量子数字签名平台，其量子数字签名传输距离提升近50%，签名效率从50%提升到80%以上。

　　2018年初，团队队长、电子与通信工程专业研究生张昊注意到一篇关于量子数字签名的论文，其中提到了一种实现量子数字签名的可行性方法。“近几年，量子数字签名是业内一个新的研究热点，国内外专家都在寻找简单易行的实现方法。”这篇论文中提出的一种新方法激发了张昊的研究兴趣，于是，他找来几位志同道合的同学，一起把国内外的相关文献翻了个遍。通过调研，他们发现这一方向研究的实际应用案例很少。于是，他们决定从改进这些不足之处开始，让量子数字签名技术实景化，展示前沿科技为生活服务的魅力。

　　张昊介绍，实现量子数字签名首先需要分发量子密钥，而密钥的载体是光子，随着距离的增加，单个光子丢失的概率逐渐增大，因而传输距离总会有一个极限。对此，团队通过设计一种新型协议，有效地提高参数估计的准确性，从而使得量子数字签名的安全传输距离拓展到200公里。

　　参加比赛还要具备一定的抗压能力。张昊说，“参赛前，我们需要将系统转移到工作台，转移过程中系统突然崩溃了，经过3天的仔细排查，终于发现是编码器内部的一根光纤出现了折痕，我们从学校借来光纤熔接机，重新熔接了光纤，终于在比赛前一天排除了故障,使系统恢复正常运行。”张昊说，正是由于这些意外经历，锤炼了团队成员的抗压能力和面对实际问题的应变能力。

　　王琴教授是团队的指导老师，长期从事量子信息方面的研究。“我所能做的是支持、鼓励与适当引导。当他们遇到困难的时候，我会与他们一起分析如何解决，告诉他们如何获取相关资料；倘若仍然无法解决时，我向他们推荐合适方向的老师去请教。我常常鼓励他们定下心来做实验，用数据验证想法、验证理论。”

　　团队通过研究新型量子随机数发生器，同时结合全局优化算法，将系统的签名速率大幅提升。“这好比开源，在单位时间里产生更多的密钥，满足实时签名的需求。”团队成员刘靖阳介绍，通过使用新型发生器加上新算法，在125公里的测试距离下，签名速率与国际同期研究成果相比提升了2倍，成为目前国际上量子数字签名速率最快的系统之一。

　　据悉，该签名系统先后在国内两家企业进行稳定性测试、性能指标检测，一致获得“性能稳定、使用可靠”的评价。在一年半的时间内，南京邮电大学项目团队成员以第一作者身份共发表SCI论文8篇，另外有3项已受理发明专利。