Якими б поширеними були їхні повсякденні застосування, такі як шифрування і безпека, випадково згенеровані цифрові числа рідко бувають дійсно випадковими. Досі тільки громіздкі, відносно повільні квантові генератори випадкових чисел (QRNG) можуть досягти рівня випадковості на одному рівні з основними законами квантової фізики, але вчені сподіваються зробити ці пристрої швидшими і портативнішими.
У журналі Applied Physics Letters вчені з Китаю представили найшвидший на сьогодні QRNG в реальному часі. Пристрій поєднує в собі сучасний фотонний інтегрований чип з оптимізованою постобробкою в реальному часі для отримання випадковості з джерела квантової ентропії вакуумних станів. «Останнім часом технологія інтегрованої квантової фотоніки демонструє значні переваги в плані зменшення розмірів пристроїв, – говорить автор роботи Цзюнь Чжан. – У цій роботі ми доводимо, що таку технологію можна використовувати для надшвидкої генерації квантових випадкових чисел в реальному часі».
У більшості QRNG сьогодні використовуються дискретні фотонні і електронні компоненти, але інтеграція таких компонентів в мікросхему залишається технічною проблемою. «Квантові випадкові числа непередбачувані і невідтворені, їх випадковість обумовлена властивою квантовій фізиці недетермінованою природою», – зазначають китайські вчені.
У чипі групи використовуються фотодіоди і трансімпедансний підсилювач, інтегровані в кремнієвий квантовий чип. Він включає в себе кілька з’єднувачів і атенюаторів. Комбінація цих компонентів дозволяє генератору виявляти сигнали від джерела квантової ентропії зі значно поліпшеною частотною характеристикою. Чжан і група сподіваються, що їх підхід допоможе зробити QRNG практичнішим рішенням для швидких і компактних пристроїв.
«Ґрунтуючись на нашій поточній роботі, в майбутньому ми розробимо недорогий одиночний чип QRNG з помірною випадковою швидкістю передачі даних на рівні мегабіт в секунду для комерційного використання», – сказав Чжан. «Такий єдиний чип може бути дуже корисний в різних електронних системах, що вимагають випадкових чисел або сигналів, і навіть в мобільних телефонах для підвищення безпеки».
Читайте також:
- Вчені знайшли спосіб зменшити квантовий комп’ютер
- Створено квантовий мікроскоп, здатний бачити неможливе