Создан квантовый чип с функцией самопроверки для генерации случайных чисел

Исследователи Национального университета Сингапура разработали квантовый чип, способный во время работы проверять собственное оборудование для гарантии безопасности генерируемых случайных чисел. Устройство решает проблему, существующую в квантовых генераторах случайных чисел десятилетия: пользователи вынуждены полностью доверять исправности оборудования, поскольку при его неисправности или несанкционированном вмешательстве случайные числа становятся предсказуемыми, что остаётся незамеченным.

Новый чип использует протокол, независимый от измерительного устройства. Во время работы система генерирует известные квантовые состояния света и сравнивает реакцию встроенного детектора с предсказаниями квантовой теории. Если результаты совпадают с ожиданиями, данные преобразуются в сертифицированные случайные числа. При отклонении показателей процесс автоматически прерывается. Таким образом, пользователям требуется доверять только квантовым сигналам, поступающим в систему, а не самому детектору.

Чип объединяет кодировщик сигнала и оптический детектор на едином кремниевом чипе, произведённом по стандартному восьмидюймовому техпроцессу полупроводниковой промышленности. Устройство функционирует при комнатной температуре без необходимости криогенного охлаждения. Разработчики решили техническую проблему, связанную с кремниевыми световыми модуляторами: их работа непреднамеренно влияет на яркость света. Команда создала метод управления, компенсирующий этот эффект и обеспечивающий стабильность оптических сигналов.

Эффективность детектора чипа составляет 69,1 процента, что превышает минимальное требование протокола в 67 процентов. Система генерирует больше сертифицированных случайных битов, чем потребляет в качестве начального значения, подтверждая способность создавать новые случайные данные. По оценке исследователей, это самый безопасный из продемонстрированных квантовых генераторов случайных чисел.

На данном этапе экспериментальная система генерирует 64 бита в секунду, что значительно медленнее обычных квантовых генераторов, выдающих более 100 гигабит в секунду. Исследователи полагают, что производительность возможно существенно повысить совершенствованием технологии детекторов. Лабораторные фотодиоды, разработанные командой, уже достигли эффективности 92,4 процента. Моделирование показывает, что будущие версии чипа смогут передавать данные со скоростью 68 мегабит в секунду.

Случайные числа применяются в ключах шифрования, безопасных транзакциях, цифровых подписях и системах кибербезопасности. Разработка открывает возможность интегрировать самопроверяющиеся квантовые генераторы случайных чисел в компактные защищённые системы для финансового сектора, здравоохранения, искусственного интеллекта и подключённых устройств.

Источник: Interestingeng Iineering