Hver transistor har et unikt kvantefingeraftryk - men kan den bruges som en form for ID?

Vi kan forestille os, at elektrisk strøm flyder som en jævn, selv strøm af elektroner gennem vores elektroniske enheder, men på kvanteskalaen kan strømmen af ​​elektrisk strøm mere præcist afbildes som en boblende bæk, der indeholder mange små krusninger. Disse krusninger kan skyldes enkeltelektroneffekter, som opstår på grund af frastødning blandt elektroner indespærret i meget små rum, såsom fældesteder i transistorer. Enkeltelektroneffekter kan føre til små ændringer i disse enheders strømspændingskarakteristika.

Da fældesteder dybest set er små defekter, der er tilfældigt fordelt på en ukontrollerbar måde under fremstilling, nummeret, Beliggenhed, og energiniveauer for fældesteder er forskellige for hver transistor. Som resultat, enkeltelektroneffekter fører til en unik ændring i strømspændingsegenskaberne, giver effektivt hver transistor et unikt "fingeraftryk".

For nylig, forskere har undersøgt, hvordan disse kvantefingeraftryk en dag kan bruges som en billig form for ID til at beskytte brugernes personlige oplysninger om teknologier i det nye netværk af internetforbundne enheder kendt som tingenes internet.

I et nyt blad udgivet i Anvendt fysik bogstaver , fysikere T. Tanamoto og Y. Nishi på Toshiba Corporation i Kawasaki, Japan, og K. Ono på RIKEN i Saitama, Japan, har vist, at enkeltelektroneffekter kan detekteres af billedgenkendelsesalgoritmer og bruges til computerchipidentifikation og sikkerhed.

"Indtil nu, der findes ingen udbredt anvendelse til enkeltelektron-enheder, "Fortalte Tanamoto Phys.org . "Vores forskning åbner en anden måde at bruge enkelt-elektron-effekten på:som en sikkerhedsanordning. Betydningen af ​​sikkerhed stiger dag for dag."

Som fysikerne forklarer, fingeraftrykket på en elektronisk enhed kan betragtes som en fysisk uklonbar funktion (PUF). Som et menneskeligt fingeraftryk, PUF'er er baseret på unikke, naturligt forekommende fysiske variationer og kan ikke overføres til andre enheder. Ud over, PUF'er bevarer deres nøglefunktioner i hele enhedens levetid, trods en vis nedbrydning på grund af ældningseffekter.

I deres arbejde, fysikerne anvendte billedtilpasningsalgoritmer for at identificere forskellige strømspændingstræk kaldet Coulomb-diamanter. Coulomb-diamanterne er såkaldte, fordi regionerne i et strømspændingsdiagram, hvor strøm undertrykkes af enkeltelektroneffekter, undertiden har form af en diamant. Efterhånden som antallet af fældesteder stiger, diamantmønstrene, fordi de er mere komplekse.

Ligesom menneskelige fingeraftryk ændrer sig afhængigt af forholdene, såsom at være våd, tør, eller olieagtig, Coulomb diamantbillederne kan også se lidt anderledes ud, når de måles under forskellige forhold. På trods af disse variationer, forskerne påviste, at aktuelt tilgængelige funktionsdetektion og billedtilpasningsalgoritmer kunne udtrække nøglefunktionerne (såsom hjørner og kanter) og skelne mellem forskellige Coulomb-diamanter.

En af fordelene ved metoden er, at selvom en gennemsnitlig computerchip i dag indeholder mere end en milliard transistorer, kun en enkelt transistor er nødvendig for at generere fingeraftrykket for hele chippen. Dette gør det potentielt muligt at bruge denne metode til praktiske enheder, da kun én transistor skal måles.

På den anden side, der er stadig udfordringer, der er tilbage, før metoden implementeres. For én ting, Coulomb-diamanterne her blev målt ved kryogene temperaturer på omkring 1,5 grader over det absolutte nulpunkt. Tidligere forskning har vist, at det er muligt at måle enkeltelektroneffekter ved stuetemperatur, men i øjeblikket kræver denne evne dyre fremstillingsprocesser.

I fremtiden, fysikerne planlægger at udforske andre måder til fingeraftrykstransistorer. En mulighed er at måle spin-qubit adfærd af elektroner i fælder, da disse kvanteadfærd forventes at blive påvirket af fælderne. Som med enkeltelektroneffekter, den unikke og tilfældige fordeling af fælder i transistorer forventes at resultere i et unikt fingeraftryk for hver transistor. Fremadrettet, forskerne vil også gerne undersøge måder at implementere transistor-fingeraftrykssikkerhed i fremtidige kvantecomputere.

"Kvantecomputere er et af de hotteste problemer lige nu, " sagde Tanamoto. "Vi vil gerne kombinere vores kvante-PUF i kvantecomputeres sikkerhedssystem i fremtiden."

© 2019 Science X Network