Quantum tilfældigt tal generator sætter benchmark for størrelse, ydeevne

Så udbredte som de er i hverdagen, som kryptering og sikkerhed, tilfældigt genererede digitale tal er sjældent virkelig tilfældige.

Indtil nu, kun omfangsrig, relativt langsomme kvantetilfældige talgeneratorer (QRNG'er) kan opnå niveauer af tilfældighed på niveau med kvantefysikkens grundlæggende love, men forskere søger at gøre disse enheder hurtigere og mere bærbare.

I Anvendt fysik bogstaver , videnskabsmænd fra Kina præsenterer den hurtigste real-time QRNG til dato for at gøre enhederne hurtigere og mere bærbare. Enheden kombinerer en avanceret fotonisk integreret chip med optimeret efterbehandling i realtid til at udtrække tilfældigheder fra kvanteentropikilden til vakuumtilstande.

"For nylig, teknologien med integreret kvantefotonik har udvist betydelige fordele med hensyn til størrelsesreduktion, " sagde forfatter Jun Zhang. "I dette værk, vi beviser yderligere, at en sådan teknologi kan bruges til ultrahurtige, generering af kvante-tilfældige tal i realtid."

De fleste QRNG'er bruger i dag diskrete fotoniske og elektroniske komponenter, men at integrere sådanne komponenter i en chip er fortsat en teknisk udfordring.

"Kvante tilfældige tal er uforudsigelige, irreproducerbar og upartisk, hvis tilfældighed kommer fra kvantefysikkens iboende indeterministiske natur, " sagde Zhang.

Gruppens chip bruger indium-germanium-arsenid-fotodioder og en transimpedansforstærker integreret på en siliciumfotonik-chip, der inkluderer flere koblere og dæmpere. Kombinationen af ​​disse komponenter gør det muligt for QRNG at detektere signaler fra en kvanteentropikilde med væsentligt forbedret frekvensrespons.

"Det overraskende punkt i vores arbejde er, at højfrekvensresponsydelsen af ​​den endelige fotoniske integrerede chip er bedre end forventet, " sagde Zhang.

Når tilfældighedssignaler er detekteret, de behandles af et feltprogrammerbart gate-array, som udtrækker virkelig tilfældige tal fra de rå data. Den resulterende enhed kan generere tal med næsten 19 gigabit per sekund, hvilket er ny verdensrekord. De tilfældige tal kan så sendes til enhver computer via et fiberoptisk kabel.

For at starte, gruppens chip måler kun 15,6 gange 18,0 millimeter, væsentligt mindre end de fleste af de nuværende QNRG-moduler eller -instrumenter.

Zhang og gruppen håber, at deres tilgang hjælper med at bane vejen for, at QRNG'er bliver en mere praktisk løsning til hurtige og kompakte enheder.

"Baseret på vores nuværende arbejde, i fremtiden, vi vil udvikle en billig enkelt chip af QRNG med moderat tilfældig bithastighed, på niveau med megabit per sekund, til kommerciel brug, "Sådan en enkelt chip kunne være meget nyttig i forskellige elektroniske systemer, der kræver tilfældige tal eller signaler og endda i mobiltelefoner for at forbedre sikkerheden."