El generador de números aleatorios cuánticos establece un punto de referencia para el tamaño y el rendimiento.

junio 30, 2021 0 Por RenzoC

A pesar de lo generalizados que son en los usos cotidianos, como el cifrado y la seguridad, los números digitales generados aleatoriamente rara vez son realmente aleatorios.

Hasta ahora, solo los generadores de números aleatorios cuánticos (QRNG) voluminosos y relativamente lentos pueden alcanzar niveles de aleatoriedad a la par con las leyes básicas de la física cuántica, pero los investigadores buscan hacer estos dispositivos más rápidos y portátiles.

En Applied Physics Letters de AIP Publishing, los científicos chinos presentan el QRNG en tiempo real más rápido hasta la fecha para hacer que los dispositivos sean más rápidos y portátiles. El dispositivo combina un chip fotónico integrado de última generación con un posprocesamiento optimizado en tiempo real para extraer la aleatoriedad de la fuente de entropía cuántica de los estados de vacío.

«Recientemente, la tecnología de fotónica cuántica integrada ha mostrado ventajas significativas en términos de reducción de tamaño», dijo el autor principal, Jun Zhang. «En este trabajo, demostramos además que dicha tecnología podría usarse para la generación de números aleatorios cuánticos ultrarrápidos en tiempo real».

La mayoría de los QRNG actuales utilizan componentes fotónicos y electrónicos discretos, pero la integración de esos componentes dentro de un chip sigue siendo un desafío técnico.

El generador de números aleatorios cuánticos en tiempo real más rápido del mundo con un chip fotónico incorporado.

«Los números aleatorios cuánticos son impredecibles, irreproducibles e imparciales, cuya aleatoriedad se deriva de la naturaleza indeterminista inherente de la física cuántica», dijo Zhang.

El chip del grupo utiliza fotodiodos de indio-germanio-arseniuro y un amplificador de transimpedancia integrado en un chip fotónico de silicio que incluye varios acopladores y atenuadores. La combinación de estos componentes permite al QRNG detectar señales de una fuente de entropía cuántica con una respuesta de frecuencia muy mejorada.

«El punto sorprendente de nuestro trabajo es que el rendimiento de respuesta de alta frecuencia del chip fotónico integrado final es mejor de lo esperado», dijo Zhang.

Una vez que se detectan las señales aleatorias, son procesadas por una matriz de puertas programable en campo, que extrae números verdaderamente aleatorios de los datos brutos. El dispositivo resultante puede generar números a casi 19 gigabits por segundo, que es un nuevo récord mundial. Los números aleatorios se pueden enviar a cualquier computadora a través de un cable de fibra óptica.

Para empezar, el chip del grupo mide solo 15.6 por 18.0 mm, significativamente más pequeño que la mayoría de los módulos o herramientas QNRG actuales.

Zhang y el grupo esperan que su enfoque ayude a allanar el camino para que los QRNG se conviertan en una solución más práctica para dispositivos rápidos y compactos.

«Basándonos en nuestro trabajo actual, en el futuro desarrollaremos un chip QRNG único de bajo costo con una velocidad de bits aleatoria moderada, a nivel de megabits por segundo, para uso comercial», dijo Zhang. «Un solo chip de este tipo podría ser muy útil en varios sistemas electrónicos que requieren números o señales aleatorios e incluso en teléfonos móviles para mejorar la seguridad».