Испанские физики сконструировали компактную микросхему для генерирования случайных чисел на основе квантовых явлений. Результаты исследования опубликованы в журнале Optica.
Генератор случайных чисел представляет собой устройство или алгоритм, порождающие последовательность почти независимых друг от друга чисел. Они используются в криптографии или, например, для имитации игрового оборудования. При аппаратном исполнении последовательность генерируется аналоговым или цифровым устройством за счет хаотически изменяющихся параметров физического процесса, таких как тепловой шум. Но фактически такие технологии только приближаются к свойствам истинно случайных чисел.
В новой работе ученые сконструировали фотонную интегральную схему (PIC), которая генерирует случайные числа в рамках квантовых явлений. Работа микросхемы обеспечивается инжекционным лазером на основе фосфида индия. На первом этапе, ниже определенного энергетического порога, лазер испускает небольшое количество фотонов, реализуя спонтанное излучение. Возникающая хаотичность фаз излучения усугубляется при преодолении лазером порога, и спонтанное излучение начинает доминировать.
Затем излучение первого лазера сталкивается с излучением второго, аналогичного. В результате первое действует как обладающее двумя источниками, которые вследствие интерференции создают излучение непостоянной яркости. Ее различия фиксируются расположенным на PIC фотодетектором. Как отмечают авторы, созданный квантовый «источник энтропии» способен генерировать случайные числа со скоростью 1 гигабит в секунду. При этом размер (6 на 2 миллиметра) позволяет использовать его в смартфонах и планшетах.
Следующим шагом станет интегрирование новой микросхемы с традиционными устройствами КМОП. Это позволит осуществлять генерацию случайных чисел для программного обеспечения. В таком случае уместно говорить об изготовлении гибридных интегральных схем, предполагающем, в частности, сочетание подложки из кремния с другими материалами.
