世界上最快的:量子随机数发生器集的大小,性能基准

量子随机数发生器

世界上最快的实时量子随机数发生器与光子集成芯片。资料来源:白冰、郑瑶

大约只有指尖大小的集成光子芯片输出随机数的速度是传统qrng的两倍多。

由于它们在日常使用时,如加密和安全,随机生成的数字数字很少真正随机。

到目前为止,只有笨重,相对慢的量子随机数发生器(QRNG)可以与量子物理学的基本定律相对达到随机性水平,但研究人员正在寻求使这些设备更快,更便携。

应用物理快报来自中国的科学家们展示了迄今为止最快的实时QRNG,使这些设备更快、更便携。该器件结合了最先进的光子集成芯片和优化的实时后处理,从真空态的量子熵源提取随机性。

“近日,综合量子光子学技术在减少规模方面表现出显着的优势,”作者Jun Zhang说。“在这项工作中,我们进一步证明了这种技术可用于超快,实时量子随机数生成。”

目前大多数qrng使用离散的光子和电子组件,但将这些组件集成到芯片中仍然是一个技术挑战。

张说:“量子随机数是不可预测的、不可复制的和无偏差的,它的随机性来自量子物理固有的不确定性。”

该集团的芯片采用了铟锗砷化光二极管和一个跨阻抗放大器集成到一个硅光子芯片上,其中包括几个耦合器和衰减器。结合这些成分,QRNG可以检测来自量子熵源的信号,显著改善频率响应。

张说:“我们工作中令人惊讶的一点是,最终的光子集成芯片的高频响应性能比预期的要好。”

一旦检测到随机性信号,它们由场可编程门阵列处理,该门阵列从原始数据中提取真正随机数。得到的设备可以在每秒近19千兆位生成数量,这是一个新的世界纪录。然后可以通过光纤电缆将随机数发送到任何计算机。

要启动,本集团的芯片仅占15.6乘18.0毫米,明显小于当前QNRG模块或仪器的大部分。

Zhang和该团队希望他们的方法有助于为qrng成为快速和紧凑设备的更实用的解决方案铺平道路。

“基于我们目前的工作,在未来,我们将开发一种低成本的单芯片QRNG,具有中等的随机比特率,在兆位每秒水平,用于商业用途,”张说。“这种单一芯片在需要随机号码或信号的各种电子系统中非常有用,甚至在移动电话中也可以提高安全性。”

参考文献:“基于光子集成芯片的18.8 Gbps实时量子随机数发生器”,作者:白兵,黄建耀,乔冠茹,聂友琪,唐伟杰,褚涛,潘建伟,张军,2021年6月29日,应用物理快报
DOI:10。1063 /5.0056027

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