В журнале Оптического общества, Optica, исследователи сообщают о своем полностью интегрированном устройстве для генерации случайных чисел. Новая работа представляет собой ключевое продвижение на пути к внедрению генераторов случайных чисел на основе квантов, обеспечивающих высочайшее качество чисел и, следовательно, высочайший уровень безопасности — в компьютеры, планшеты и мобильные телефоны.«Нам удалось поместить квантовую технологию, которая использовалась в крупных научных экспериментах, в пакет, который мог бы позволить использовать ее в коммерческих целях», — сказал первый автор статьи Карлос Абеллан, докторант Института ICFO. фотонных наук, член Барселонского института науки и технологий, Испания. «Вероятно, это всего лишь один пример квантовых технологий, которые скоро будут доступны для использования в реальных коммерческих продуктах. Это большой шаг вперед в том, что касается интеграции».
Новое устройство работает со скоростью в диапазоне гигабит в секунду, что достаточно быстро для шифрования данных связи в реальном времени, таких как телефонные или видеозвонки, или для шифрования больших объемов данных, передаваемых на сервер и с сервера, например, используемый платформа социальных сетей. Он также может найти применение в прогнозах фондового рынка и сложном научном моделировании случайных процессов, таких как биологические взаимодействия или ядерные реакции.Уменьшение действительно случайногоГенераторы случайных чисел, используемые сегодня, основаны на компьютерных алгоритмах или на случайности физических процессов — по сути, это сложные версии бросания игральных костей снова и снова для получения случайных чисел.
Хотя генерируемые числа кажутся случайными, знание определенной информации, например, сколько «игральных костей» используется, может позволить хакерам иногда вычислять числа, оставляя защищенные данные уязвимыми для взлома.Новое устройство, однако, генерирует случайные числа на основе квантовых свойств света, процесс, который по своей природе является случайным, и поэтому его невозможно предсказать, независимо от того, какой объем информации известен. Хотя другие исследователи разработали квантовые генераторы случайных чисел, все они были либо больше, либо медленнее, чем устройство, описанное в статье Optica.«Ранее мы показали, что происходящие квантовые процессы демонстрируют истинную случайность», — сказал Валерио Прунери, руководивший совместными исследованиями. «В этой новой статье мы добились огромного технологического прогресса, используя новую конструкцию, включающую два лазера, которые взаимодействуют друг с другом в ограниченном пространстве.
Это делает устройство меньше, сохраняя при этом те же свойства, которые использовались в прошлых экспериментах».Создание практичного устройстваИсследователи использовали технологию фотонных интегральных схем (PIC) для создания двух генераторов квантовых чисел, которые вместе имеют размер 6 на 2 миллиметра. Технология PIC предлагает способ интеграции фотонных компонентов, таких как лазеры и детекторы, используемые в новом генераторе квантовых случайных чисел, на микросхеме с небольшими размерами и низким энергопотреблением.
Что наиболее важно, устройства на основе PIC могут быть интегрированы с традиционной электроникой, что может позволить использовать генератор случайных чисел с управляющей, считывающей и обрабатывающей электроникой, необходимой для вычислений или связи.«Мы доказали, что квантовые технологии практически достижимы, используя PIC», — сказал Прунери. «Генерация квантовых случайных чисел, а также квантовая криптография и другие квантовые технологии выиграют от технологии на основе PIC, потому что она позволяет создавать коммерческие и инновационные продукты. Наша демонстрация — первая».В этой работе участвовали исследователи из ICFO-The Institute of Photonic Sciences, VLC Photonics SL, Universitat Politecnica de Valencia, ICREA-Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avancats, все в Испании, а также из Миланского политехнического университета.
Италия.