Os fótons podem permitir real

2 de maio de 2022

por SPIE - Sociedade Internacional de Óptica e Fotônica

Os sistemas criptográficos e a segurança da informação dependem de bits aleatórios imprevisíveis e não manipuláveis, de natureza física. Especialmente no contexto de sistemas de chave privada que permitem segurança incondicional através de criptografia "one-time-pad", a taxa de geração em tempo real de bits aleatórios físicos determina criticamente a taxa de comunicação segura.

O caos óptico apresenta uma forma confiável de gerar bits aleatórios rápidos e em tempo real, devido à sua alta largura de banda e grandes flutuações de amplitude. No entanto, a maioria dos geradores de bits aleatórios baseados no caos óptico realizam sua quantização no domínio elétrico usando conversores analógicos-digitais elétricos, de modo que um gargalo eletrônico atualmente limita suas taxas em tempo real. A grande lacuna entre as taxas físicas de geração de bits aleatórios e as taxas de comunicação modernas é uma fraqueza fundamental destes sistemas de segurança.

Conforme relatado na Advanced Photonics, uma equipe internacional de pesquisadores da China e do Reino Unido propôs recentemente e demonstrou experimentalmente um novo método de geração de bits aleatórios (RBG) totalmente óptico. Pulsos caóticos são quantizados em um fluxo físico de bits aleatórios no domínio óptico por meio de um comprimento de fibra altamente não linear. No experimento de prova de conceito, eles geraram com sucesso um fluxo de bits aleatório de 10 Gb/s em um único canal.

A equipe observa que a taxa atual de 10 Gb/s é limitada apenas pela largura de banda do caos adotada. Seu esquema pode operar potencialmente a taxas muito mais altas que 100 Gb/s se a largura de banda da fonte de entropia caótica for suficiente, considerando que a não-linearidade de Kerr da fibra de sílica com uma resposta ultrarrápida de poucos femtossegundos é explorada para compor a parte chave da quantização do laser. caos.

O RBG totalmente óptico pode efetivamente contornar a limitação da taxa de processamento de sinal eletrônico. Para aplicações futuras, os circuitos elétricos poderão eventualmente ser completamente substituídos por dispositivos exclusivamente ópticos devido às vantagens práticas dos fótons.

Mais Informações: Ya Guo et al, Extração física de bits aleatórios ultrarrápida e em tempo real com quantização totalmente óptica, Advanced Photonics (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035001

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