英国研究人员利用硅光子学研发出量子随机数发生器

本文摘要:据麦姆斯咨询报导,一款使用芯片技术的器件面积仅有1平方毫米,却具备在最低功耗水平下以每秒吉字节(Gb/s)的速度产生量子随机数的潜力。由硅光子学构建的微型器件可以在诸如笔记本电脑和智能手机等设备中独立国家不存在或内置放器件,已完成动态数据加密。 英国布里斯托大学的研究人员展出了一种随机数发生器,基于二极管激光器随机升空的光子。因为来自激光器的光子升空本质上是随机的,所以不有可能预测将产生的数量。

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据麦姆斯咨询报导,一款使用芯片技术的器件面积仅有1平方毫米,却具备在最低功耗水平下以每秒吉字节(Gb/s)的速度产生量子随机数的潜力。由硅光子学构建的微型器件可以在诸如笔记本电脑和智能手机等设备中独立国家不存在或内置放器件,已完成动态数据加密。

英国布里斯托大学的研究人员展出了一种随机数发生器,基于二极管激光器随机升空的光子。因为来自激光器的光子升空本质上是随机的,所以不有可能预测将产生的数量。

量子随机数发生器(QRNG)的其它所须要光学元件皆构建在毫米级尺寸绝缘衬底上的硅(SOI)芯片上。研究人员研发出有的使用芯片技术的器件,面积仅有1平方毫米,以Gb/s的速度产生量子随机数。如下图,这颗坐落于一便士硬币右边的器件却还包括了随机数发生器的所有光学元件。该装置利用干涉仪将升空的光子转换成光功率。

构建到芯片中的微型光电探测器检测光功率并将其转换成可产生随机数的电压。研究人员称之为,实质上只有少量的光子需要抵达光电探测器,大部分光子在芯片内部就损耗了。

为了减低这种影响,研究人员优化了参数并设计了低噪声电子器件来检测芯片内部的光信号。出于测试的目的,研究人员使用晶圆代工厂的半导体技术生产随机数发生器芯片,并在取得芯片的光学和电学性能参数之后,再行用于其来产生随机数。

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他们估计潜在的随机数分解效率可相似2.8Gb/s,这个速度十分慢,不足以构建动态加密。研究员FrancescoRaffaelli谈及,这款随机数发生器的功耗只有其他基于芯片的量子随机数发生器器件的十分之一。比起用于体光学(bulkoptics)技术的同类器件,这款新的器件更加不易便携,也更加平稳,部分原因得益于微型芯片的温度等因素更容易掌控。

用于半导体生产技术,而不是bulkoptics技术,更容易准确地拷贝数千颗完全相同的芯片。研究人员用于光学平台所需的外部激光器、电子器件、测量工具展出QRNG。他们正在建构尺寸与移动电话非常,还包括光学元件和适当的电子芯片的便携式装置。

研究小组指出,更加简单的系统已完成更高的集成度将有可能,信心来自于器件尺寸、非常简单易用性、鲁棒性和低功耗操作者等优点,以及更加多的行业使用硅光子器件。研究小组称之为其研发的QRNG可以必要构建到硅基器件中,比如量子密钥发给(QKD)系统。团队坚信,QRNG还能寻找其他应用于,符合SOI器件对较低冲击亲率、低随机数源的市场需求。

“虽然电子掌控部分尚能不原始,我们早已把器件设计所须要的所有光学元件构建在一颗芯片上,”Raffaelli说道,“分开用于该器件或将其构建到其他便携装置,在未来维护信息安全和个人隐私方面都会充分发挥根本性的起到。


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