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领结形半导体可以产生强度随机波动的激光束

研究人员使用简单的激光器建造了有史以来最快的随机数发生器。它利用光强度的波动来产生随机性(这种随机性是数据加密和科学模拟等应用程序中令人垂涎的资源),并且可能导致设备小到可以装在单个计算机芯片上的程度。

真正的随机性很难得到。常规计算机中的算法最初可能会产生似乎是随机的数字序列,但随着时间的流逝,它们倾向于显示模式。这使得它们至少部分可预测,因此容易被解码。

为了使加密更安全,研究人员转向了量子力学,在量子力学中,物理学定律保证了某些测量的结果(例如放射性原子衰变时)是真正随机的。

利用量子随机性的一种流行方法是利用激光器中使用的材料发射光子的方式的波动。典型的激光设备旨在最大程度地减少这些波动,以产生稳定强度的光:它们使光波在材料内部四处弹跳,以迫使其原子发射越来越多的彼此同步的光子。

但是对于随机数的产生,研究人员的目标恰恰相反。“我们希望强度随机波动,因此我们可以将强度数字化以生成随机数,”位于康涅狄格州纽黑文的耶鲁大学应用物理学家Hui Cao说。

封盖机装置

曹和她的团队以领结的形式制造了自己的激光材料-一种半透明的半导体。光子在领结的弯曲壁之间反弹多次,然后以散射光束的形式出现。然后,研究人员可以使用超快相机捕获光线。他们记录了254个独立像素的光输出,这些像素一起以约250兆比特/秒或250太赫兹的速率产生了随机位。这比以前的此类设备一次只能记录一个像素快几个数量级。他们的结果发表在1月25日的《科学》杂志上。

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