フォトンは現実を可能にします

2022 年 5 月 2 日

SPIE -- 国際光学およびフォトニクス学会による

暗号システムと情報セキュリティは、本質的に物理的な、予測不可能で操作不可能なランダム ビットに依存しています。 特に、「ワンタイムパッド」暗号化によって無条件のセキュリティを可能にする秘密キー システムのコンテキストでは、物理ランダム ビットのリアルタイム生成レートが安全な通信レートを決定します。

光学カオスは、その高帯域幅と大きな振幅変動により、高速かつリアルタイムのランダム ビットを生成する信頼性の高い方法を提供します。 ただし、光カオスに基づくほとんどのランダム ビット ジェネレーターは、電気的なアナログ/デジタル コンバーターを使用して電気領域で量子化を実行するため、現在、電子的なボトルネックによりリアルタイム レートが制限されています。 物理的なランダム ビット生成速度と最新の通信速度との間に大きなギャップがあることが、これらのセキュリティ システムの根本的な弱点です。

Advanced Photonics で報告されているように、中国と英国の国際研究者チームは最近、新しい全光ランダム ビット生成 (RBG) 方法を提案し、実験的に実証しました。 カオスパルスは、ある長さの高非線形ファイバーを使用して、光学領域で物理的なランダムビットストリームに量子化されます。 概念実証実験では、単一チャネルで 10 Gb/s のランダム ビット ストリームを生成することに成功しました。

研究チームは、現在の 10 Gb/s のレートタイムは、採用されているカオス帯域幅によってのみ制限されることに注意しています。 彼らのスキームは、数フェムト秒の超高速応答を持つシリカファイバーのカー非線形性が量子化レーザーの重要な部分を構成するために利用されていることを考慮すると、カオスエントロピーソースの帯域幅が十分であれば、100Gb/sよりもはるかに高い速度で動作する可能性があります。混沌。

全光学式 RBG は、電子信号処理のレート制限を効果的に回避できます。 将来の応用では、光子の実用的な利点により、最終的には電気回路が完全に光学デバイスのみに置き換わる可能性があります。

詳しくは： Ya Guo et al、全光学量子化による超高速かつリアルタイムの物理ランダム ビット抽出、Advanced Photonics (2022)。 DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035001

SPIE -- 国際光学フォトニクス学会提供