Параллельная физическая генерация случайных битов к скоростям порядка 100 ТБ/с

аэкспериментальная схема.TL, настраиваемый лазер;EDFA, легированный эрбиум усилитель волокна;ПК, поляризационный контроллер;Demux, оптический демольтиплекзер;PD, фотоприемник;АЦП, 16-битный аналоговый цифровой преобразователь;MRR, резонатор Micro-Ring.Обратите внимание, что приборная коробка содержит изображение микроскопа высокоиндексного легированного MRR из силиковного стекла с радиусом ~ 592,1 мкм.беременныйОптический спектр хаотического микрокомба.вВременные формы волны хаотических комбинированных линий (параллельный хаос).дюймовыйФункция межреляции между любыми двумя каналами параллельного хаоса.эн.Изображение растрового изображения XOR между любыми двумя извлеченными бинарными последовательностями из параллельного хаоса.Кредит: Pu Li, Qizhi Li, Wenye Tang, Weiqiang Wang, Wenfu Zhang, Brent E. Litt

В нашем цифровом сетевом обществе генераторы случайных битов (RBG) жизненно важны для услуг и современных технологий, таких как криптографически защищенная связь, технологии блокчейна и квантовое распределение ключей.Постоянный растущий спрос на повышение безопасности цифровой информации сместила генерацию случайных битов с единственной зависимости от алгоритмов псевдорандома на использование физических источников энтропии.

Теорема Шеннона устанавливает, что для окончательной безопасности требуется достижение битовых скоростей, соответствующей тем, что у истинных RBG с теорией коммуникационных систем.Для этой цели оптический хаос широко изучался в последние десятилетия в качестве средства для генерации широкополосных энтропийных источников, чтобы преодолеть узкое место в битовой скорости традиционных электронных RBG.

Тем не менее, скорость и масштабируемость - это ключевые проблемы, с которыми сталкиваются текущая физическая генерация случайных битов.Поскольку такие хаотические источники обычно создают только один канал некоррелированной колебаний стохастической интенсивности, только один случайный бит может быть получен для большинства доступных RBG на основе оптических часов.

Ограниченная скоростью отклика энтропийных экстракторов, таких как аналого-цифровые преобразователи (ADC), для таких последовательных методов очень сложно постоянно улучшать их случайную скорость генерации битов, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования передовых систем связи.

В статье, опубликованной в свете: Science & Applications, команда ученых, возглавляемая профессором Пу Ли и Юнчай Ванг из Института передовой технологии фотоники, Школа информационной инженерии, Технологический университет Гуандун, Китай и коллеги предложилиМасштабируемая параллельная схема для сверхбыстрой генерации случайных битов к скоростям порядка 100 ТБ/с на основе одного микропроводящего резонатора (MRR).

Хаотическая гребня, управляемая модуляцией, в микропроводке резонатора позволяет одновременно генерировать сотни независимых и беспристрастных случайных битовых потоков.

Эксперимент по проверке концепции демонстрирует, что использование этого метода, сверхбыстрый параллельный физический RBG с одним хаотическим микрокомбом может достигать скорости генерации 320 Гбит/с на канал, и, следовательно, общая скорость бита 2,24 ТБ/с может быть полученатолько используя семь каналов.Эта скорость бита может быть легко повышена за счет дальнейшего увеличения количества используемых гребневых линий.

По сравнению с существующими схемами RBG этот метод с одним MRR имеет огромную масштабируемость и чрезвычайно высокую эффективность.Он не только может создать сотни независимых параллельных случайных битовых потоков, но также может значительно повысить скорость генерации в одном канале.

В дополнение к сверхвысокой скорости, этот метод высоко оценивает себя за его простоту и масштаб для обобщения.Без использования каких-либо специальных материалов хаотический микрокомб в их эксперименте производится с помощью CMOS-совместимого, высокоиндексного, легированного MRR из силикаса.

Что еще более важно, как сверхлегкий размер MRR, так и упрощенное извлечение случайного бита означают, что этот метод поддается параллельным RBG в масштабе ChIP.

Больше информации: Pu Li и др., Масштабируемая параллельная сверхбыстровая оптическая генерация случайных битов на основе одного хаотического микрокомба, Light: Science & Applications (2024).Doi: 10.1038/s41377-024-01411-7