Фотоны могут сделать возможным реальное

2 мая 2022 г.

SPIE — Международное общество оптики и фотоники.

Криптографические системы и информационная безопасность полагаются на непредсказуемые, не поддающиеся манипулированию случайные биты, имеющие физическую природу. Скорость генерации физических случайных битов в реальном времени критически определяет скорость безопасной связи, особенно в контексте систем с закрытыми ключами, которые обеспечивают безусловную безопасность с помощью криптографии с одноразовым блокнотом.

Оптический хаос представляет собой надежный способ быстрой генерации случайных битов в реальном времени благодаря своей широкой полосе пропускания и большим колебаниям амплитуды. Однако большинство генераторов случайных битов, основанных на оптическом хаосе, выполняют квантование в электрической области с использованием электрических аналого-цифровых преобразователей, поэтому электронные узкие места в настоящее время ограничивают их скорость в реальном времени. Большой разрыв между физическими скоростями генерации случайных битов и современными скоростями связи является фундаментальной слабостью этих систем безопасности.

Как сообщается в Advanced Photonics, международная группа исследователей из Китая и Великобритании недавно предложила и экспериментально продемонстрировала новый, полностью оптический метод генерации случайных битов (RBG). Хаотические импульсы квантуются в физический случайный поток битов в оптической области с помощью сильно нелинейного оптоволокна. В эксперименте по проверке концепции они успешно сгенерировали случайный битовый поток со скоростью 10 Гбит/с в одном канале.

Команда отмечает, что текущая скорость в 10 Гбит/с ограничена только принятой полосой пропускания хаоса. Их схема потенциально может работать на гораздо более высоких скоростях, чем 100 Гбит/с, если полоса пропускания источника хаотической энтропии достаточна, учитывая, что керровская нелинейность кварцевого волокна со сверхбыстрым откликом в несколько фемтосекунд используется для создания ключевой части квантовающего лазера. хаос.

Полностью оптическая RBG может эффективно обойти ограничение скорости электронной обработки сигналов. В будущем электрические цепи могут быть полностью заменены исключительно оптическими устройствами из-за практических преимуществ фотонов.

Больше информации: Я Гуо и др., Сверхбыстрое физическое случайное извлечение битов в реальном времени с полностью оптическим квантованием, Advanced Photonics (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035001

Предоставлено SPIE — Международным обществом оптики и фотоники.