Os fótons podem ativar a geração de bits aleatórios físicos em tempo real para o aplicativo de segurança da informação

Bits aleatórios físicos ultrarrápidos podem ser gerados em tempo real combinando fontes de entropia fotônica de banda larga com técnicas de processamento de sinal totalmente ópticas. Crédito:Pu Li @TUT e GUT.

Os sistemas criptográficos e a segurança da informação dependem de bits aleatórios imprevisíveis e não manipuláveis que são de natureza física. Especialmente no contexto de sistemas de chave privada que permitem segurança incondicional por meio 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 maneira 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 elétricos analógico-digitais, portanto, um gargalo eletrônico atualmente limita suas taxas de tempo real. A grande lacuna entre as taxas de geração de bits aleatórios físicos e as taxas de comunicação modernas é uma fraqueza fundamental desses sistemas de segurança.

Conforme relatado em Fotônica avançada , uma equipe internacional de pesquisadores da China e do Reino Unido recentemente propôs e demonstrou experimentalmente um novo método de geração de bits aleatórios (RBG) totalmente óptico. Pulsos caóticos são quantizados em um fluxo de bits aleatório físico 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 de tempo atual de 10 Gb/s é limitada apenas pela largura de banda de 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.

Esquema do RBG totalmente óptico proposto:(a) caos óptico, (b) amostrador óptico e (c) quantizador óptico. DFB, laser semicondutor de feedback distribuído; PC, controlador de polarização; VA, atenuador óptico variável; FM, espelho de fibra; ISO, isolador óptico; acoplador de fibra de 3 dB, 3 dB; BPD, fotodiodo balanceado; MLL, laser de modo bloqueado; EOM, modulador eletro-óptico; EDFA, amplificador de fibra dopada com érbio; HNLF, fibra altamente não linear; BPF, filtro passa-banda óptico. Crédito:Guo et al, 2022

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