Los investigadores han demostrado que un dispositivo basado en un chip que mide un milímetro cuadrado podría usarse para generar números aleatorios basados en cuántica a velocidades de gigabit por segundo. El pequeño dispositivo requiere poca energía y podría habilitar generadores de números aleatorios independientes o incorporarse acomputadoras portátiles y teléfonos inteligentes para ofrecer cifrado en tiempo real.
"Aunque parte de la electrónica de control aún no está integrada, el dispositivo que diseñamos integra todos los componentes ópticos requeridos en un chip", dijo el primer autor Francesco Raffaelli, Universidad de Bristol, Reino Unido. "Usar este dispositivo solo o integrarseen otros dispositivos portátiles sería muy útil en el futuro para hacer que nuestra información sea más segura y proteger mejor nuestra privacidad ".
Los generadores de números aleatorios se utilizan para cifrar los datos transmitidos durante las transacciones digitales, como comprar productos en línea o enviar un correo electrónico seguro. Los generadores de números aleatorios de hoy se basan en algoritmos informáticos, que pueden dejar los datos vulnerables si los piratas informáticos descubren el algoritmo utilizado.
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores informan un generador de números aleatorios cuánticos basado en fotones emitidos aleatoriamente por un láser de diodo. Debido a que la emisión de fotones es inherentemente aleatoria, es imposible predecir los números que se generarán.
"En comparación con otros generadores integrados de números aleatorios cuánticos demostrados recientemente, los nuestros pueden lograr tasas de generación muy altas con potencias ópticas relativamente bajas", dijo Raffaelli. "Usar menos energía para producir números aleatorios ayuda a evitar problemas como el exceso de calor en el chip."
fotónica de silicio
El nuevo chip fue habilitado por los desarrollos en la tecnología de fotónica de silicio, que utiliza las mismas técnicas de fabricación de semiconductores que se utilizan para fabricar chips de computadora para fabricar componentes ópticos en silicio. Ahora es posible fabricar guías de ondas en silicio que pueden guiar la luz a través del chip sinperdiendo la energía de la luz en el camino. Estas guías de onda pueden integrarse en un chip con electrónica y detectores integrados que funcionan a velocidades muy altas para convertir las señales de luz en información.
El nuevo generador de números aleatorios basado en chips aprovecha el hecho de que, bajo ciertas condiciones, un láser emitirá fotones al azar. El dispositivo convierte estos fotones en energía óptica usando un dispositivo pequeño llamado interferómetro. Fotodetectores muy pequeños integrados en el mismo chipluego detecte la potencia óptica y conviértala en un voltaje que se pueda convertir en números aleatorios.
"A pesar de los avances en la fotónica de silicio, todavía hay luz perdida dentro del chip, lo que conduce a que muy poca luz llegue a los detectores", dijo Raffaelli. "Esto nos obligó a optimizar todos los parámetros con mucha precisión y diseñar electrónica de bajo ruido paradetectar la señal óptica dentro del chip "
El nuevo dispositivo basado en chip no solo ofrece ventajas de portabilidad, sino que también es más estable que el mismo dispositivo fabricado con óptica a granel. Esto se debe a que los interferómetros son muy sensibles a las condiciones ambientales como la temperatura y es más fácil controlar la temperatura de unchip pequeño. También es mucho más fácil reproducir con precisión miles de chips idénticos utilizando la fabricación de semiconductores, mientras que reproducir la precisión necesaria con óptica a granel es más difícil.
Prueba del chip
Para probar experimentalmente su diseño, los investigadores hicieron que una fundición fabricara el chip generador de números aleatorios. Después de caracterizar el rendimiento óptico y electrónico, lo usaron para la generación de números aleatorios. Estiman una tasa potencial de generación de aleatoriedad de casi 2.8 gigabits por segundo parasu dispositivo, que sería lo suficientemente rápido como para permitir el cifrado en tiempo real.
"Demostramos la generación de números aleatorios utilizando aproximadamente una décima parte de la potencia utilizada en otros dispositivos generadores de números aleatorios cuánticos basados en chips", dijo Raffaelli. "Nuestro trabajo muestra la viabilidad de este tipo de plataforma integrada".
Aunque el chip que contiene los componentes ópticos tiene solo un milímetro cuadrado, los investigadores utilizaron un láser externo que proporciona la fuente de aleatoriedad y herramientas electrónicas y de medición que requerían una mesa óptica. Ahora están trabajando para crear un dispositivo portátil del tamaño aproximadode un teléfono móvil que contiene tanto el chip como la electrónica necesaria.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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