Por mais difundidos que sejam em usos cotidianos, como criptografia e segurança, números digitais gerados aleatoriamente raramente são verdadeiramente aleatórios.

Até aqui, apenas volumoso, geradores de números aleatórios quânticos relativamente lentos (QRNGs) podem atingir níveis de aleatoriedade em par com as leis básicas da física quântica, mas os pesquisadores estão procurando tornar esses dispositivos mais rápidos e portáteis.

No Cartas de Física Aplicada , cientistas da China apresentam o QRNG em tempo real mais rápido até agora para tornar os dispositivos mais rápidos e portáteis. O dispositivo combina um chip fotônico integrado de última geração com pós-processamento em tempo real otimizado para extrair aleatoriedade da fonte de entropia quântica de estados de vácuo.

"Recentemente, a tecnologia de fotônica quântica integrada exibiu vantagens significativas em termos de redução de tamanho, "disse o autor Jun Zhang." Neste trabalho, provamos ainda que essa tecnologia pode ser usada para ultra-rápido, geração de números aleatórios quânticos em tempo real. "

A maioria dos QRNGs hoje usa componentes fotônicos e eletrônicos discretos, mas integrar esses componentes em um chip continua sendo um desafio técnico.

"Números quânticos aleatórios são imprevisíveis, irreproduzível e imparcial, cuja aleatoriedade vem da natureza indeterminística intrínseca da física quântica, "Disse Zhang.

O chip do grupo usa fotodiodos de arsenieto de índio-germânio e um amplificador de transimpedância integrado em um chip fotônico de silício que inclui vários acopladores e atenuadores. A combinação desses componentes permite que o QRNG detecte sinais de uma fonte de entropia quântica com resposta de frequência significativamente melhorada.

"O ponto surpreendente em nosso trabalho é que o desempenho da resposta de alta frequência do chip integrado fotônico final é melhor do que o esperado, "Disse Zhang.

Uma vez que os sinais de aleatoriedade são detectados, eles são processados ​​por uma matriz de portas programáveis ​​em campo, que extrai números verdadeiramente aleatórios dos dados brutos. O dispositivo resultante pode gerar números em quase 19 gigabits por segundo, que é um novo recorde mundial. Os números aleatórios podem ser enviados para qualquer computador por meio de um cabo de fibra óptica.

Para arrancar, o chip do grupo mede apenas 15,6 por 18,0 milímetros, significativamente menor do que a maioria dos módulos ou instrumentos QNRG atuais.

Zhang e o grupo esperam que sua abordagem ajude a abrir caminho para que os QRNGs se tornem uma solução mais prática para dispositivos rápidos e compactos.

"Com base em nosso trabalho atual, no futuro, iremos desenvolver um único chip de baixo custo de QRNG com taxa de bits aleatória moderada, no nível de megabits por segundo, para usos comerciais, "Zhang disse." Esse único chip pode ser muito útil em diversos sistemas eletrônicos que requerem números ou sinais aleatórios e até mesmo em telefones celulares para melhorar a segurança. "