Створено надмініатюрну інтегральну схему, здатну генерувати потік випадкових чисел

91 Views Comment Off

Використовуючи в своїх інтересах мініатюрні технології маніпуляції світлом на кристалі чіпа, група дослідників з Іспанії і Італії створила першу інтегральну схему, здатну генерувати потік випадкових чисел за допомогою абсолютно непередбачуваних явищ квантової механіки. В даний час використовуються два типи генераторів випадкових чисел, одні з яких використовують комп’ютерні алгоритми, а інші – спеціальні апаратні засоби, аналогові або цифрові схеми, чутливі до деяких параметрах навколишнього середовища, мають непередбачуваний характер поведінки.

Незважаючи на те, що послідовності чисел, згенеровані сучасними засобами, виглядають абсолютно випадково, складна математична обробка цих рядів дозволяє обчислити функцію кореляції, на основі значення якої можна з великим відсотком ймовірності передбачити значення наступних чисел в послідовності. І це, в свою чергу, залишає “лазівку” для злому систем, що використовують такі генератори випадкових чисел.

Поведінка систем, які підпадають під дію законів квантової механіки, в нинішній час передбачити неможливо. “Квантова фізика за визначенням носить непередбачуваний характер” – розповідає Валеріо Прунер (Valerio Pruneri), вчений з Інституту фотонних наук (Institute of Photonic Sciences), Іспанія, – “Зараз немає жодного способу передбачити значення наступних випадкових чисел, отриманих квантовим генератором”.

Квантові генератори випадкових чисел існують на світі вже досить давно, на ринку навіть представлено кілька типів комерційних систем. Однак група Валеріо Прунер створила перший надмініатюрний квантовий генератор, чіп якого можна використовувати навіть в конструкції смартфонів і інших портативних електронних пристроїв.

Чіп квантового генератора може виготовлятися за допомогою існуючих технологій виробництва напівпровідникових чіпів. За хаотичність квантової системи на цьому чіпі відповідає крихітний імпульсний лазер з фосфіду індію. При “накачці” нижче певної межі цей лазер випромінює лише невелику кількість фотонів світла з випадковим значенням їх фази за рахунок явища безпосереднього випромінювання, тобто лазер працює як звичайний світлодіод. Однак, при підвищенні рівня енергетичного накачування цей лазер починає працювати як лазер і його випромінювання стає більш впорядкованим.

Для виділення випадкової складової, прихованої в фазі фотонів світла, імпульси світла змішуються зі світлом другого лазера з фосфіду індію. Різниця в фазах імпульсів світла, які змішуються, призводить до виникнення відмінностей у яскравості сумарних імпульсів, що і реєструється високочутливим фотодатчиком. Таке “квантове джерело ентропії” може використовуватися для виробництва великої кількості випадкових чисел, швидкість потоку випадкових чисел досягає гігабіта в секунду.

Зараз дослідники працюють над інтеграцією в чіп квантового генератора елементів CMOS-логіки, які будуть перетворювати потік випадкових 0 і 1 в числові значення заданої розрядності, якими оперує програмне забезпечення обчислювальної техніки.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404