18.8Gbps刷新纪录！我国科学家实现世界最快实时量子随机数发生器

随机数是一种重要资源，在众多领域具有高价值的应用需求，但要人工产生大量“真随机数”却是一大难题。

到目前为止，只有体积庞大、相对缓慢的量子随机数生成器(QRNG)才能达到与量子物理基本定律相当的随机性水平，但研究人员正在寻求让这些设备更快、更便携。

从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、张军等联合浙江大学教授储涛研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8Gbps的迄今世界最快实时量子随机数发生器。

相关研究成果日前以封面论文的形式，发表于《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上。

在最新发表的研究中，潘建伟、张军等人进一步发展了基于真空态涨落的高速量子随机数产生方案，并完成实验验证。同时，他们与浙江大学储涛等合作，通过多次迭代制备了硅光芯片，并通过进一步优化处理算法和硬件实现，在实现高集成度的同时，大大提升了量子随机数发生器的实时生成速率。

目前，大多数量子随机数生成器使用离散的光子和电子组件，但将这些组件集成到芯片中仍然是一个技术挑战。他们采用混合封装技术将光子集成电路、InGaAs零差探测器和高带宽跨阻放大器(TIA)组装成一个单片芯片，其中还包括几个耦合器和衰减器。结合这些组件，他们研制出的量子随机数发生器，可以检测来自量子熵源的信号，显著改善频率响应。

此外，该组织的芯片尺寸只有15.6×18.0毫米，明显小于目前大多数QNRG模块或仪器。

一旦检测到随机信号，就由一个现场可编程门阵列对其进行处理，从原始数据中提取出真正的随机数。然后，这些随机数可以通过光纤电缆发送到任何一台计算机。

该量子随机数发生器的实时生成速率达到创世界纪录的18.8Gbps，相当于每秒钟产生188亿个随机数，这为开发低成本的商用量子随机数发生器单芯片奠定了技术基础。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://scitechdaily.com/worlds-fastest-quantum-random-number-generator-sets-benchmark-for-size-performance/

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0056027