В нашем цифровом сетевом обществе генераторы случайных битов (RBG) жизненно важны для сервисов и современных технологий, таких как криптографически защищенная связь, технологии блокчейна и квантовое распределение ключей. Постоянно растущий спрос на повышение безопасности цифровой информации привел к тому, что генерация случайных битов перешла от использования исключительно псевдослучайных алгоритмов к использованию физических источников энтропии.
Теорема Шеннона устанавливает, что для обеспечения максимальной безопасности необходимо достичь соответствия скорости передачи данных истинных RBG со скоростью передачи данных в системах связи. С этой целью в последние десятилетия широко изучался оптический хаос как средство генерации широкополосных источников энтропии для преодоления узкого места в скорости передачи данных традиционных электронных РБГ.
Однако скорость и масштабируемость являются ключевыми проблемами, с которыми сталкивается современная генерация физических случайных битов. Поскольку такие хаотические источники обычно создают только один канал некоррелированных стохастических флуктуаций интенсивности, для большинства доступных РБГ на основе оптического хаоса может быть сгенерирован только один случайный битовый поток.
Ограниченная скоростью отклика экстракторов энтропии, таких как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), таким последовательным методам очень сложно постоянно улучшать скорость генерации случайных битов, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования современных систем связи.
В статье , опубликованной в журнале Light: Science & Applications , группа ученых под руководством профессора Пу Ли и Юнцай Вана из Института передовых технологий фотоники, Школы информационной инженерии Технологического университета Гуандуна, Китай, и их коллег предложили масштабируемая параллельная схема сверхбыстрой генерации случайных битов со скоростью порядка 100 Тбит/с на основе одного микрокольцевого резонатора (MRR).
Хаотическая гребенка, управляемая нестабильностью модуляции, в микрокольцевом резонаторе позволяет одновременно генерировать сотни независимых и несмещенных случайных битовых потоков.
Эксперимент, подтверждающий концепцию, показывает, что с помощью этого метода сверхбыстрая параллельная физическая RBG с одной хаотичной микрогребенкой может достичь скорости генерации 320 Гбит/с на канал и, следовательно, общая скорость передачи данных 2,24 Тбит/с может быть получена путем используя только семь каналов. Эту скорость передачи данных можно легко повысить за счет дальнейшего увеличения количества используемых гребенчатых линий.
По сравнению с существующими RBG-схемами этот метод с единым MRR обладает огромной масштабируемостью и чрезвычайно высокой эффективностью . Он не только может создавать сотни независимых параллельных случайных битовых потоков, но также может значительно повысить скорость генерации в одном канале.
Помимо сверхвысокой скорости, этот метод отличается простотой и возможностью обобщения. Без использования каких-либо специальных материалов хаотичная микросота в их эксперименте создается с помощью КМОП-совместимого высокоиндексного легированного кварцевого стекла MRR.
Что еще более важно, как сверхмалый размер MRR, так и упрощенное извлечение случайных битов означают, что этот метод пригоден для параллельных RBG в масштабе кристалла.
