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作為信息化時代各領(lǐng)域發(fā)展的重要基礎(chǔ)與保障，信息安全是一個不容忽視的國家安全戰(zhàn)略。當(dāng)今信息安全領(lǐng)域廣泛使用的公鑰密碼體制主要都是基于經(jīng)典計算機“難以求解”的數(shù)學(xué)問題所設(shè)計構(gòu)造的。近些年來，隨著量子計算技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)公鑰密碼體制不再安全。一方面，Shor算法、Grover搜索算法、量子傅里葉變換等算法相繼被提出，從理論上證明這些算法在量子計算機上運行可以顯著縮短傳統(tǒng)公鑰密碼體制所依賴數(shù)學(xué)問題的求解時間。另一方面，實際可行的量子計算機技術(shù)不斷發(fā)展，2019年，Google宣布制造出53量子比特的量子處理器“懸鈴木”，在絕對零度條件下可以在200秒完成超級計算機1萬年的計算任務(wù)。在即將到來的“后量子時代”，我們需要更安全的密碼體制來保護隱私，也就是后量子密碼（Post-QuantumCryptography,PQC）。未來10年商用量子計算機將面世，在量子計算機面前，構(gòu)造傳統(tǒng)公鑰密碼體制所基于的數(shù)學(xué)難題將毫無安全性可言，進而依賴密碼體制而構(gòu)建的信息安全系統(tǒng)及各種應(yīng)用將面臨著嚴(yán)峻的安全問題，甚至存在被完全破解的潛在威脅，亟待研究抵御量子攻擊的密碼體制及其芯片實現(xiàn)技術(shù)。 2022年美國政府正式簽署安全法案，首次將后量子密碼納入美國國家安全備忘錄，同時還提出《量子計算網(wǎng)絡(luò)安全準(zhǔn)備度法案》，旨在指導(dǎo)推動信息安全系統(tǒng)向后量子密碼學(xué)過渡。2022年9月7日，美國國家安全局(NSA)發(fā)布了《商業(yè)國家安全算法套件2.0》，其中將入選第三輪抗量子密碼標(biāo)準(zhǔn)化選擇的CRYSTALS-KYBER(以下簡稱Kyber)算法列為國家安全系統(tǒng)未來過渡遷移的必備算法。我國也在后量子密碼領(lǐng)域積極跟進，參與國際競爭，于2020年發(fā)布國內(nèi)首份量子安全白皮書，廣泛布局后量子密碼安全技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)生態(tài)。目前后量子密碼算法的研究正在逐漸走向成熟與標(biāo)準(zhǔn)化，未來將有數(shù)十億新舊設(shè)備完成從傳統(tǒng)公鑰密碼體制向后量子密碼算法的遷移過程。在充分考慮安全性能、算法性能、便利性和合規(guī)性的前提下，研制出符合國際標(biāo)準(zhǔn)且具有國際競爭力的后量子密碼SoC芯片并應(yīng)用，對于我國加快搶占后量子密碼國際領(lǐng)先地位，保障量子時代下的信息安全具有重要意義。 圖1 后量子密碼在未來信息安全領(lǐng)域的應(yīng)用 本成果提出一種應(yīng)用在云計算、數(shù)據(jù)中心加密中的高性能隨機數(shù)生成哈希核心算子，實現(xiàn)了具有靈活性和高吞吐量的可配置Keccak核心。該核心可配置為支持多個采樣策略，通過高吞吐量隨機數(shù)擴展發(fā)生器新型結(jié)構(gòu)達到11.7Gbps的吞吐率，性能表現(xiàn)為目前世界最高水平。 圖2 高性能后量子密碼哈希核心算子 在國際上首次提出了具有側(cè)信道SPA攻擊防御機制的可配置BS-CDT高斯采樣器。該設(shè)計基于CDT反演高斯采樣算法，通過真隨機數(shù)發(fā)生器和隨機化功耗特性的電路結(jié)構(gòu)，采取隱藏相關(guān)數(shù)據(jù)的防御機制，高效獲取安全性更好的均勻分布隨機數(shù)，并可以有效抵御時間攻擊和潛在的功耗分析攻擊，顯著提高安全性。電路采樣精度可達112bit，新型多級快速查找表結(jié)構(gòu)極大縮短了概率函數(shù)分布表搜索時間，性能相較于同類設(shè)計提升近18倍。解決了高精度需求與采樣速度不匹配的沖突問題，優(yōu)化了概率函數(shù)分布表的存儲資源，靈活劃分密碼系統(tǒng)中的高斯采樣值，并有效加固了后量子密碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)前級的側(cè)信道安全性。 圖3 多模域計算兼容可重構(gòu)算術(shù)單元 針對后量子密碼計算量大，數(shù)據(jù)復(fù)雜的痛難點，優(yōu)化格數(shù)學(xué)難題中的數(shù)論變換（NTT）算法，實現(xiàn)了一種高性能NTT硬件加速單元。采用雙倍位寬乒乓式對稱存儲結(jié)構(gòu)突破訪存限制，改進模乘運算單元關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，提高多項式運算的效率，相比同類運算操作下最先進的設(shè)計快3.95倍。 圖4 靈活指令集型后量子密碼安全處理器芯片架構(gòu)及版圖 針對后量子密碼算法的多樣化計算需求，創(chuàng)新性地提出了一種多模域計算兼容型可重構(gòu)核心算子，能夠配置為不同模域下的關(guān)鍵運算結(jié)構(gòu)，靈活支持Karatsuba、Toeplitz、NTT等運算結(jié)構(gòu)。在配置為NTT結(jié)構(gòu)的運算下，運算性能與美國MIT研究團隊在IEEEISSCC發(fā)表的相關(guān)成果保持國際同步水平，并具備更強的靈活性與通用性。 圖5 多模域計算兼容型可重構(gòu)核心算子 在團隊積累多年的后量子密碼相關(guān)先進技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，在SMIC40nm工藝下實現(xiàn)了兩款后量子密碼芯片，能夠兼容國際最新標(biāo)準(zhǔn)的CRYSTAL-Kyber后量子密碼算法。后量子密碼Kyber芯片采用了高性能流水線結(jié)構(gòu)的蝶形運算單元及高速NTT運算單元，解決了加解密運算中訪問存儲器所帶來的速度瓶頸問題。靈活指令集型后量子密碼芯片采用可編程自定義指令集架構(gòu)，基于多模域計算兼容的可重構(gòu)算術(shù)單元與可配置多功能哈希/隨機采樣核心算子，在實現(xiàn)高性能的后量子密碼運算的同時提高了芯片的靈活性與適應(yīng)性。 圖6 后量子密碼Kyber處理器芯片架構(gòu)及版圖 圖7 靈活指令集型后量子密碼處理器芯片架構(gòu)及版圖

提出了一種可優(yōu)化的非絕熱和樂量子計算新方案, NHQC+，打破了以往和樂量子計算（基于非對易幾何相位的量子計算）對不同能級的耦合脈沖必須同步、脈沖面積必須固定的嚴(yán)格限制,使得幾何量子計算可與優(yōu)化控制理論相結(jié)合，并且大大提高了幾何量子門對系統(tǒng)噪聲魯棒性，為進一步拓展到可結(jié)合脈沖整形技術(shù)的幾何量子計算提供了可能。論文第一作者、2018級哈工大-南科大聯(lián)培博士生劉寶杰稱，新方案NHQC+只需要用一個三能級量子體系就可以實現(xiàn)，相比之前需要應(yīng)用復(fù)雜脈沖序列同

翁文康和他的博士生劉寶杰提出的新方案使用了一個三能級量子體系，其中基態(tài)和第二激發(fā)態(tài)被用作為量子比特的0和1態(tài)，第一激發(fā)態(tài)作為一個輔助能級。通過施加和體系兩個量子躍遷接近共振的微波信號，并控制信號隨時間的變化，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)演化產(chǎn)生的幾何量子相位的精確調(diào)控，進而實現(xiàn)任意指定的幾何量子門。相對其他已有的幾何量子門方案，新方案中量子門速度得到了數(shù)倍的提升，并且對控制信號誤差具有更好的容錯性。此外，這一方案還具有實驗復(fù)雜度相對較低和易于在不同量子體系上實現(xiàn)等優(yōu)勢。陳遠珍和他的博士后嚴(yán)通行合作，在超導(dǎo)量子體系中成功實現(xiàn)了這一方案。實驗中獲得的單比特量子門保真度達到了97%，引起誤差的主要原因包括量子比特和環(huán)境相互作用導(dǎo)致的退相干，以及微波控制信號的精度誤差等。 這項工作對于進一步發(fā)展基于幾何相位的量子計算具有啟發(fā)意義，其后續(xù)相關(guān)研究目前也在開展之中，包括基于相同思想的兩比特幾何量子門和更為簡化的幾何量子計算方案等。

產(chǎn)品詳細介紹   產(chǎn)品特點：   （1）    板材特制 板面使用鍍鋅鋼板，堅固耐用厚實，板面涂層引進日本高科技晶格納米涂料，啞光性，視覺大于30°不反光。   （2）    啞光米黃色有助于保護視力 德康多功能教學(xué)板根據(jù)微光量子理論設(shè)計，板面顏色為米黃色，視感柔和。米黃色色譜波長在550~770納米之間，為人眼視網(wǎng)膜最能接受的顏色，有效舒緩眼睛的緊張和疲勞，提高眼睛辨識能力。啞光米黃色設(shè)計能營造出最佳視覺環(huán)境，有助于保護視力，預(yù)防近視。     （3）    直接用作投影幕       傳統(tǒng)教室一般是黑板和投影布的結(jié)合，投影布上下拉動，易損壞，并且投影布占用黑板板書空間，結(jié)構(gòu)不合理；投影幕布放置時間長了會發(fā)黃，影響投影質(zhì)量。而德康多功能教學(xué)板，可直接用作投影幕，投影成像色彩柔和，沒有光斑；一體化設(shè)計，可以在投影區(qū)域內(nèi)直接書寫。是高科技的綠色教學(xué)產(chǎn)品，確保師生課堂資源得以最大限度的利用。   （4）    可升級為功能強大的電子白板 配合我司專用軟件，即可在板上實現(xiàn)電子白板的全部功能，擁有德康多功能教學(xué)板就等于擁有一塊投影幕、一塊黑板、一塊電子白板。而且德康多功能教學(xué)板的價格卻比它們的總價便宜得多。   （5）    節(jié)能環(huán)保 板面無任何電子器材附件，不通電，不發(fā)熱，無輻射。符合現(xiàn)代低碳環(huán)保生活要求。

準(zhǔn)備了高效紅、綠、藍量子點和納米材料，無機量子點材料在發(fā)光、顯示、太陽能 電池、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。如下圖為藍光量子點材料的圖譜。 利用制備的 ZnO 納米陣列首次得到了色純度較高的有機復(fù)合/無機紫外 LED，實現(xiàn)了室溫下 ZnO 納米棒在 380nm 附近的電致發(fā)光。并利用所制備的 ZnO、TiO 量子點和納米材料，實現(xiàn)在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了有機太陽能電池的效率。

采用可聚合的甲基丙烯酸月桂酯為溶劑，以熱注射法制備鈣鈦礦量子點，直接與低聚物和引發(fā)劑混合，通過紫外光聚合原位制備高質(zhì)量的量子點-高分子復(fù)合薄膜。與經(jīng)典的十八烯體系純化后制備的量子點-高分子復(fù)合薄膜相比，甲基丙烯酸月桂酯體系制備的薄膜具有更優(yōu)異的光學(xué)性能，絕對熒光量子產(chǎn)率超過90%，超過了傳統(tǒng)鎘基量子點薄膜。該課題組采用高絕對熒光量子產(chǎn)率的綠光發(fā)射的復(fù)合薄膜和紅色發(fā)射熒光粉（KSF）作為液晶背光中藍光發(fā)光二極管（LED）的下轉(zhuǎn)換熒光材料所制備的原型顯示器件，在國際照明委員會（CIE）1931顏色空間中的色域覆蓋率為115%，超過傳統(tǒng)的鎘基量子點顯示器件10%以上，同時還具有優(yōu)異的低藍光健康護眼的特性。此外，該顯示器件具有很好的耐高溫高濕和耐強光老化性能。這些為發(fā)光量子點材料在新一代廣色域顯示器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

實現(xiàn)了基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子有限狀態(tài)自動機的研究。該量子自動機使用3個空間狀態(tài)，即可解決判定輸入整數(shù)是否為某一質(zhì)數(shù)P的整數(shù)倍的問題，而使用經(jīng)典的自動機解決同樣問題至少需要P個空間狀態(tài)。該工作首次在實驗上實現(xiàn)了量子自動機的運行并驗證了其相比于經(jīng)典自動機的空間資源高效性，在該領(lǐng)域具有開創(chuàng)性的作用。

準(zhǔn)備了高效紅、綠、藍量子點和納米材料，無機量子點材料在發(fā)光、顯示、太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。如下圖為藍光量子點材料的圖譜。  納米材料的透射電子顯微鏡圖譜，其中右下角的插圖分別為各自在紫外燈照射下的數(shù)碼照片 利用制備的ZnO納米陣列首次得到了色純度較高的有機復(fù)合/無機紫外LED，實現(xiàn)了室溫下ZnO納米棒在380nm附近的電致發(fā)光。并利用所制備的ZnO、TiO量子點和納米材料，實現(xiàn)在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了有機太陽能電池的效率。

提出一種基于超構(gòu)表面透鏡雙焦點輻射的量子點單光子源結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對位于雙焦點上的量子點和其鏡像的輻射光子能實現(xiàn)方向可控的準(zhǔn)直出射，并能同時實現(xiàn)左右旋偏振態(tài)的按需調(diào)控。為提高光子的收集效率，在結(jié)構(gòu)背部設(shè)置有一面反射鏡，反射光子可以等效為量子點鏡像發(fā)射的光子。實驗制備該量子光源的最大挑戰(zhàn)在于如何精確地把量子點和其鏡像集成在超構(gòu)表面透鏡的雙焦點上。王雪華教授團隊通過發(fā)展超構(gòu)表面制備技術(shù)和前期研究“三高”量子糾纏光子源【Nature Nanotechnology 14，586（2019）】所發(fā)展的定位精度達10納米的熒光成像精確定位技術(shù)，實現(xiàn)了量子點和其鏡像與超構(gòu)表面透鏡雙焦點的精確重合，演示了到目前為此所報道的最小發(fā)散角（3.17度）的準(zhǔn)直出射，并實現(xiàn)了左、右旋偏振態(tài)分離可調(diào)且偏振度達88%的按需調(diào)控單光子源。該研究工作提供了基于超構(gòu)表面調(diào)控量子光源的新方案，為推進量子光源性能的按需調(diào)控和實用化向前邁出了非常重要的一步。