I fotoni possono abilitare il reale

2 maggio 2022

da SPIE-Società Internazionale di Ottica e Fotonica

I sistemi crittografici e la sicurezza delle informazioni si basano su bit casuali imprevedibili e non manipolabili di natura fisica. Soprattutto nel contesto dei sistemi a chiave privata che consentono una sicurezza incondizionata tramite la crittografia "one-time-pad", la velocità di generazione in tempo reale di bit fisici casuali determina in modo critico la velocità 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 eseguono la quantizzazione nel dominio elettrico utilizzando convertitori elettrici analogico-digitali, quindi un collo di bottiglia elettronico attualmente limita le loro velocità in tempo reale. L’ampio divario tra le velocità fisiche di generazione di bit casuali e le velocità di comunicazione moderne è una debolezza fondamentale di questi sistemi di sicurezza.

Come riportato su Advanced Photonics, un team internazionale di ricercatori provenienti dalla Cina e dal Regno Unito ha recentemente proposto e dimostrato sperimentalmente un nuovo metodo completamente ottico di generazione di bit casuali (RBG). Gli impulsi caotici vengono quantizzati in un flusso di bit fisico casuale nel dominio ottico mediante un tratto di fibra altamente non lineare. Nell'esperimento di prova di concetto, hanno generato con successo un flusso di bit casuale di 10 Gb/s in un singolo canale.

Il team nota che l'attuale velocità di 10 Gb/s è limitata 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 sorgente di entropia caotica 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 fondamentale del laser di quantizzazione. caos.

L'RBG completamente ottico può aggirare efficacemente la limitazione della velocità dell'elaborazione del segnale elettronico. Per le applicazioni future, i circuiti elettrici potrebbero eventualmente essere completamente sostituiti da dispositivi esclusivamente ottici grazie ai vantaggi pratici dei fotoni.

Maggiori informazioni: Ya Guo et al, Estrazione fisica di bit casuali ultraveloce e in tempo reale con quantizzazione completamente ottica, Advanced Photonics (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.035001

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