100-Gbit/s Integrierter Quanten-Zufallszahlengenerator Basierend auf Vakuumfluktuationen

Aufkommende Kommunikations- und Kryptographieanwendungen verlangen nach zuverlässigen, schnellen, unvorhersehbaren Zufallszahlengeneratoren. Die Quanten-Zufallszahlengenerierung ermöglicht die Schaffung von wirklich unvorhersehbaren Zahlen aufgrund der inhärenten Zufälligkeit in der Quantenmechanik. Ein beliebter Ansatz ist die Verwendung des quantenmechanischen Vakuumzustands zur Generierung von Zufallszahlen. Obwohl dieser Ansatz praktisch ist, ist er im Allgemeinen in Bezug auf die Geschwindigkeit im Vergleich zu anderen Verfahren begrenzt. Hier zeigen wir experimentell eine ultraschnelle Erzeugungsrate von 100 Gbit/s durch die maßgeschneiderte Codesign von optoelektronischen integrierten Schaltungen und die Reduzierung von Nebeninformationen durch digitale Filterung, womit wir einen neuen Rekord für vakuumbasierte Quanten-Zufallszahlengenerierung um einen Faktor von zehn setzen. Darüber hinaus werden unsere experimentellen Nachweise durch einen aktualisierten, geräteabhängigen Rahmen unterstützt, der gegen sowohl klassische als auch quantenmechanische Nebeninformationen sicher ist und außerdem die Nichtlinearität im Digitalisierungprozess angemessen berücksichtigt. Dieser ultraschnelle, sichere Zufallszahlengenerator auf Chipmaßstab bietet vielversprechendes Potenzial für Kommunikations- und Kryptographieanwendungen der nächsten Generation.