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我科學家實現迄今最快的實時量子隨機數發生器
科技日報記者 吳長鋒
記者從(cong) 中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉(wei) 、張軍(jun) 等聯合浙江大學教授儲(chu) 濤研究組，通過研製矽基光子集成芯片和優(you) 化實時後處理，實現了速率達18.8 Gbps迄今最快的實時量子隨機數發生器。相關(guan) 研究成果日前以“封麵論文”的形式發表於(yu) 《應用物理快報》上。
隨機數是一種重要的基礎資源，在信息安全、密碼學、科學仿真、博彩業(ye) 等眾(zhong) 多領域以及日常生產(chan) 生活中有著廣泛的應用需求。與(yu) 偽(wei) 隨機數發生器和其他物理隨機數發生器不同，量子隨機數發生器是基於(yu) 量子物理原理產(chan) 生真隨機數的係統，具有不可預測性、不可重複性和無偏性等特征，是量子通信係統中的關(guan) 鍵核心器件。
長期以來，潘建偉(wei) 、張軍(jun) 等在實用化量子隨機數發生器方向開展了係統性研究並取得了重要成果。2014年，他們(men) 首次提出基於(yu) 外部時鍾參考的單光子到達時間測量方案，實現速率達100 Mbps的量子隨機數發生器。2015年，實現了基於(yu) 激光相位波動的高速量子隨機數產(chan) 生方案。2016年，研製了實時速率達3.2 Gbps 的量子隨機數發生器。對於(yu) 實用化量子隨機數發生器，實時生成速率和集成度是核心指標。然而，上述量子隨機數產(chan) 生方案難以實現高度集成。
為(wei) 此，潘建偉(wei) 、張軍(jun) 等進一步發展了基於(yu) 真空態漲落的高速量子隨機數產(chan) 生方案並完成相關(guan) 實驗驗證，同時與(yu) 浙江大學儲(chu) 濤等合作，針對該方案通過多次迭代製備了相應的矽光芯片，並采用混合集成技術將矽光芯片、砷化銦镓平衡探測器以及跨阻放大器封裝在尺寸為(wei) 15.6毫米×18毫米的芯片內(nei) 。他們(men) 通過進一步優(you) 化現場可編程邏輯門陣列實時後處理算法和硬件實現，從(cong) 而在實現高集成度的同時大大提升了量子隨機數發生器的實時生成速率。經傳(chuan) 輸測試，該量子隨機數發生器係統的最終實時速率達到創世界紀錄的18.8 Gbps。
這一研究成果為(wei) 開發低成本商用量子隨機數發生器單芯片奠定了堅實的技術基礎。
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