據麥姆斯咨詢報道，一款采用芯片技術的器件面積僅1平方毫米，卻具有在最低功耗水平下以每秒吉字節（Gb／s）的速度產生量子隨機數的潛力。由硅光子學實現的微型器件可以在諸如筆記本電腦和智能手機等設備中獨立存在或內置于器件，完成實時數據加密。
英國布里斯托大學的研究人員展示了一種隨機數發生器，基于二極管激光器隨機發射的光子。因為來自激光器的光子發射本質上是隨機的，所以不可能預測將產生的數量。量子隨機數發生器（QRNG）的其它所需光學元件均集成在毫米級尺寸絕緣襯底上的硅（SOI）芯片上。
研究人員研發出的采用芯片技術的器件，面積僅1平方毫米，以Gb／s的速度產生量子隨機數。如下圖，這顆位于一便士硬幣右邊的器件卻包括了隨機數發生器的所有光學元件。該裝置利用干涉儀將發射的光子轉換成光功率。集成到芯片中的微型光電探測器檢測光功率并將其轉換成可產生隨機數的電壓。
研究人員稱，實際上只有少量的光子能夠到達光電探測器，大部分光子在芯片內部就損耗了。為了減輕這種影響，研究人員優化了參數并設計了低噪聲電子器件來檢測芯片內部的光信號。
出于測試的目的，研究人員采用晶圓代工廠的半導體技術制造隨機數發生器芯片，并在獲得芯片的光學和電學性能參數之后，再使用其來產生隨機數。他們估算潛在的隨機數生成效率可接近2．8 Gb／s，這個速度非?？欤阋詫崿F實時加密。
研究員Francesco Raffaelli談到，這款隨機數發生器的功耗只有其他基于芯片的量子隨機數發生器器件的十分之一。
相比使用體光學（bulk optics）技術的同類器件，這款新器件更易便攜，也更穩定，部分原因歸功于微型芯片的溫度等因素更容易控制。使用半導體制造技術，而不是bulk optics技術，更容易精確地復制數千顆相同的芯片。
研究人員使用光學平臺所需的外部激光器、電子器件、測量工具展示QRNG。他們正在創造尺寸與移動電話相當，包括光學元件和必要的電子芯片的便攜式裝置。研究小組認為，更復雜的系統完成更高的集成度將有可能，信心來自于器件尺寸、簡單易用性、魯棒性和低功耗操作等優點，以及越來越多的行業采用硅光子器件。
研究小組稱其研發的QRNG可以直接集成到硅基器件中，比如量子密鑰分發（QKD）系統。團隊相信，QRNG還能找到其他應用，滿足SOI器件對低沖擊率、高隨機數源的需求。
“雖然電子控制部分尚不完整，我們已經把器件設計所需的所有光學元件集成在一顆芯片上，”Raffaelli說，“單獨使用該器件或將其集成到其他便攜裝置，在未來保護信息安全和個人隱私方面都會發揮重大的作用。”
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
