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毫米级硅芯片产生量子随机数为IT安全性保驾护航

发布:laserline    |    2018-08-09 01:11    阅读:869
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将所有光学元件集成在一个采用行业标准制造技术制造的芯片上。

图1 带有光学元件的芯片,用于生成基于量子的随机数。

布里斯托大学的研究量子技术的科学家已经证明,芯片型的设备可基于量子原理,以Gbit/s的速度生成随机数。研究人员说,这种微型设备只有一平方毫米大小,使用功率很小,可以独立运行,产生随机数,也可以集成到笔记本电脑和智能手机中,提供实时加密功能。来自布里斯托尔大学量子工程技术实验室(QET Labs)的博士生Francesco Raffaelli领导了这项工作,该工作近日在Optics Express上发表。

Raffaelli评论说:“随机性对于保护我们的通信和使用数据加密存储信息是必要的。长时间以来,物理学家们已经指出量子力学的本质可以使随机性变得难以复制而且无法预测。”“我们设计并测试了一种由硅制成的芯片,并使用光来完成这项工作。它将所有必需的光学元件集成在一个芯片上,可以通过行业标准制造-这使量子随机性的功能集成到我们的个人电脑和智能手机中的梦想更加接近。”

单个光子光从二极管激光器中随机发射,当它们进入硅芯片时,输出随机电信号,这是不可能预测的。这是许多数据加密技术的核心。Francesco补充道,“我们的设备不仅很小,而且速度非常快;而且随机数的产生速度可与实验室使用大而笨重的光学器件所证明的产生速度相比拟。普通产生随机数的设备与硅光子学不同,它不能与大规模可制造技术集成。”

这一新的芯片是由硅光子量子技术发展而来的,这也是布里斯托大学的一个主要研究方向。这项研究的动机是使用与制造计算机处理器相同的半导体制造技术来制造量子技术,包括量子随机数生成。虽然该芯片在1平方毫米范围内包含方案所需的所有光学元件,但是研究人员需要很大的实验室空间,利用外部电子和测量工具进行测试和分析。该团队正在努力创建包含芯片和必要的电子设备,大小与手机相当的便携式设备。

Optics Express杂志的编辑说到:“随机数是在科学和技术的基本资源。在产生它们的不同方法中,利用量子力学定律创建的随机数已被证明是可靠的,并且可以以足够的速率产生并用于实际应用。虽然这些演示已经表现出非常好的性能。大多数使用自由空间和光纤光学实现的随机数发生器由于其尺寸而限制了它们的实际应用。作者报道了基于二极管激光器的相位波动的量子随机数发生器,其中所需的其他光学元件集成在毫米级单片硅绝缘体芯片上。此文报告的后处理是通过软件进行的。但是,这个物理芯片设备显示了在Gbps范围内产生随机数的潜力。考虑到器件的尺寸,简单,强大和低功耗操作以及硅光子学的快速工业吸收,我们预见到这篇文章所报道的设计将在更复杂的系统中的广泛集成。”

来源: Optics

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