Araştırmacılar, minyatür bir platformda yüksek hızlı, yüksek kaliteli bir çalışma sağlayan Chip tabanlı bir kuantum rastgele sayı üreteci geliştirdiler. Bu ilerleme, kuantum rastgele sayı jeneratörlerini doğrudan günlük cihazlara inşa edilmeye yaklaştırmaya yardımcı olabilir ve burada hızdan ödün vermeden güvenliği güçlendirebilirler.
Güvenli çevrimiçi bankacılık, özel mesajlaşma ve hassas verilerin bilgisayar korsanlarından korunması için gerçek rastgelelik gereklidir ve daha güçlü dijital koruma için artan ihtiyaç, yüksek hızlarda üretilen yüksek kaliteli rastgele sayılar için hızla büyüyen talebi artırıyor.
Toshiba’nın Birleşik Krallık’taki Cambridge Araştırma Laboratuarından araştırma ekibi lideri Raymond Smith, “Işığın kuantum özellikleri, sadece rastgeleliği taklit eden bilgisayar algoritmaları tarafından üretilen sayıların aksine, gerçekten rastgele sayılar üretmeyi mümkün kılıyor.” Dedi. “Bununla birlikte, bu teknolojiyi gerçek dünya kullanımı için pratik hale getirmek, bu kuantum efektlerini yaratan optik bileşenlerin diğer sistemlere sığabilmeleri için mümkün olduğunca küçük olmasını gerektirir.”
Dergide Optica kuantumAraştırmacılar, çiple entegre cihazlarla başarmak için zor olan gürültüde gömülse bile kuantum sinyalini kurtarabilen yeni bir kuantum rastgele sayı jeneratör tasarımı tarif ediyor. Yeni cihaz, büyük ölçekli veri merkezlerinin güvenlik ihtiyaçlarını destekleyecek kadar hızlı olan saniyede 3 gigabit oranında öngörülemeyen rastgele sayılar üretebilir.
Smith, “Rastgele sayı jeneratörlerinin önemli bir uygulaması, şifreleme anahtarlarını kullanarak hassas verileri ve iletişimi korumaktır.” Dedi. “Teknolojimiz bu anahtarları yüksek hızda ve güçlü güvenlik garantileri ile üretebilir. Yüksek hızlı rastgele sayılar, bilimsel simülasyonlar ve yapay zeka ve çevrimiçi oyun veya dijital piyangolar gibi uygulamalarda adalet sağlamak için de kritiktir.”
Gürültü bastırma
Işığı üretmek, yönlendirmek ve manipüle etmek için bir çip üzerinde küçük optik devreler kullanan entegre fotonikler, karmaşık optik kurulumları sadece birkaç milimetreye indirmeyi mümkün kılar. Bununla birlikte, bu küçük sistemler, kuantum rastgele sayıların kalitesini mahvedebilen elektronik gürültü gibi dış rahatsızlıklara daha duyarlıdır. Bu nedenle, gerçek kuantum rasgeleliğinin geri kazanılması, sayıları temizlemek için tipik olarak karmaşık filtreleme prosedürleri gerektirir, ancak bu ekstra adımlar üretim hızını önemli ölçüde azaltır.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için araştırmacılar, optik bir amplifikatör ile zayıf sinyalleri artıran ve karışıklık ve diğer optik veya elektriksel gürültüleri baskılamak için ikinci bir fotodiyot kullanan kuantum rastgele sayı jeneratörü geliştirdiler.
Smith, “Dahili gürültü retresyonu özellikleri sayesinde, fotonik entegre devre, başlangıçtan itibaren çok daha temiz bir sinyal üretiyor, bu nedenle ağır işlem sonrası ağırlığa çok daha az güveniyor.” Dedi. “Bu, hala yüksek hızda gerçekten rastgele sayılar üretirken minyatür bir platformun faydalarını koruyabileceğimiz anlamına geliyor.”
Sağlam rastgele sayı üretimi
Yeni tasarımı test etmek için, araştırmacılar çip tabanlı kuantum rastgele sayı jeneratörünün optik performansını izole ederek ölçerek başladılar. Çember üzerindeki optik amplifikatörün kuantum sinyalini artırmasıyla devrenin beklendiği gibi davrandığını buldular.
Daha sonra çipi paketlediler ve yüksek hızlı elektroniklerin yanında çalışabilmesi için basılı bir devre kartına monte ettiler. Çip artık izole edilmediğinde, elektronik karışma gözlemlediler, ancak çift fotodiot tasarımları bu paraziti en aza indirmeye yardımcı oldu. 3 Gbps’de rastgele sayılar üretmenin yanı sıra, sistem 24 saat boyunca sürekli olarak çalıştı ve mükemmel istikrarı doğruladı – parazit görünürlüğünü en üst düzeye çıkarmak için tek bir lazer kullanmanın yararı.
Daha sonra, araştırmacılar optik ve elektronik parçalar arasındaki entegrasyon seviyesini artırmayı planlıyorlar. Smith, “Amacımız, fotonik çipin hemen yanında daha fazla elektronik işlevsellik eklemek, bu nedenle jeneratör kompakt, bağımsız bir cihaza mümkün olduğunca yakınlaşıyor.” Dedi. “Bu, gerçek dünya sistemlerinde konuşlandırılmayı ve ticari yaşayabilirliğe yaklaştırmayı kolaylaştıracaktır.”
