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新型高速真随机数发生器研制成功

发布时间:2019-10-08 21:01:12

日前,中科院苏州纳米所张耀辉团队与以色列Bar-Ilan大学Kanter团队合作,研制出基于半导体超晶格室温自发混沌振荡的实用化高速真随机数发生器。该研究结果日前发表于《物理评论快报》。同时,美国物理学会网站也以《超高速随机数》为标题对其予以专门介绍。

由于超晶格具有负微分电导效应特性,许多与空时非线性效应相关的物理现象都能在超晶格中观测到,如静态电场畴、周期性自激振荡、自发混沌振荡等。但是,这些现象只能在液氮温区以下的低温环境中才能观测到,严重限制了超晶格的实用化推广。

张耀辉团队采用中科院院士夏建白早年的理论计算结果,通过优化超晶格材料组分、器件结构和器件制备工艺,在中科院半导体所研究员马文全的分子束外延设备上生长出GaAs/AlGaAs半导体超晶格结构,并首次在室温下观测到超晶格的自发混沌振荡和准周期自激振荡。同时,首次在自治非线性系统(不含随时间变化驱动的系统)实验中发现了准周期自激振荡。

在上述发现的基础上,张耀辉团队研制出在室温下带宽可达GHz以上、振荡幅度0.4伏、器件直流偏置电压小于5伏的超晶格自发混沌振荡器,并以该振荡器作为宽带物理噪声源,与Kanter团队合作研制出速度达到80Gbits/s的实用化高速真随机数产生器。

该高速真随机数发生器通过高速模数转换器,直接把大信号噪声转换成数字信号,再通过对数字信号处理生成随机数序列,其随机性通过了美国国家标准局所提供的标准要求测试。与激光混沌、单光子噪声等其他类型的物理噪声源相比,该器件具有系统简单、速度快、体积小、功耗低、成本低而耐干扰、易于与主系统兼容集成等优点。

目前,该超晶格混沌真随机数发生器已达到实用化水平,可望广泛应用在密码学、通信和国家信息安全等领域。

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