I bit casuali fisici ultraveloci possono essere generati in tempo reale combinando sorgenti di entropia fotonica a banda larga con tecniche di elaborazione del segnale completamente ottiche. Credito:Pu Li @TUT e GUT.
I sistemi crittografici e la sicurezza delle informazioni si basano su bit casuali imprevedibili e non manipolabili che sono di natura fisica. Soprattutto nel contesto dei sistemi a chiave privata che consentono la sicurezza incondizionata tramite la crittografia "one-time-pad", il tasso di generazione in tempo reale di bit fisici casuali determina in modo critico il tasso di comunicazione sicura.
Il caos ottico rappresenta un modo affidabile per generare bit casuali veloci e in tempo reale, grazie alla sua elevata larghezza di banda e alle grandi fluttuazioni di ampiezza. Tuttavia, la maggior parte dei generatori di bit casuali basati sul caos ottico esegue la quantizzazione nel dominio elettrico utilizzando convertitori elettrici da analogico a digitale, quindi un collo di bottiglia elettronico attualmente limita le loro velocità in tempo reale. Il grande divario tra le velocità di generazione di bit casuali fisiche e le moderne velocità di comunicazione è un punto debole fondamentale di questi sistemi di sicurezza.
Come riportato in Fotonica avanzata , un team internazionale di ricercatori provenienti da Cina e Regno Unito ha recentemente proposto e dimostrato sperimentalmente un nuovo metodo di generazione di bit casuali (RBG) completamente ottico. Gli impulsi caotici sono quantizzati in un flusso di bit fisico casuale nel dominio ottico per mezzo di una lunghezza di fibra altamente non lineare. Nell'esperimento proof-of-concept, hanno generato con successo un flusso di bit casuale da 10 Gb/s in un singolo canale.
Il team osserva che l'attuale tempo di velocità di 10 Gb/s è limitato solo dalla larghezza di banda del caos adottata. Il loro schema può funzionare potenzialmente a velocità molto più elevate di 100 Gb/s se la larghezza di banda della caotica sorgente di entropia è sufficiente, considerando che la non linearità di Kerr della fibra di silice con una risposta ultraveloce di pochi femtosecondi viene sfruttata per comporre la parte chiave della quantizzazione del laser caos.
Schema della proposta RBG completamente ottica:(a) caos ottico, (b) campionatore ottico e (c) quantizzatore ottico. DFB, laser a semiconduttore a feedback distribuito; PC, controller di polarizzazione; VA, attenuatore ottico variabile; FM, fibra a specchio; ISO, isolatore ottico; accoppiatore fibra 3 dB, 3 dB; BPD, fotodiodo bilanciato; MLL, laser a modalità bloccata; EOM, modulatore elettro-ottico; EDFA, amplificatore in fibra drogato con erbio; HNLF, fibra altamente non lineare; BPF, filtro passa-banda ottico. Credito:Guo et al, 2022
L'RBG completamente ottico può aggirare efficacemente la limitazione della velocità dell'elaborazione del segnale elettronico. Per applicazioni future, i circuiti elettrici possono eventualmente essere completamente sostituiti da dispositivi esclusivamente ottici grazie ai vantaggi pratici dei fotoni. + Esplora ulteriormente
