資料圖：解放軍指揮員使用加密設(shè)備進行通訊
資料圖：隨機數(shù)表
本報訊 日前，中科院蘇州納米所張耀輝團隊與以色列Bar-Ilan大學(xué)Kanter團隊合作，研制出基于半導(dǎo)體超晶格室溫自發(fā)混沌振蕩的實用化高速真隨機數(shù)發(fā)生器。該研究結(jié)果日前發(fā)表于《物理評論快報》。同時，美國物理學(xué)會網(wǎng)站也以《超高速隨機數(shù)》為標題對其予以專門介紹。
由于超晶格具有負微分電導(dǎo)效應(yīng)特性，許多與空時非線性效應(yīng)相關(guān)的物理現(xiàn)象都能在超晶格中觀測到，如靜態(tài)電場疇、周期性自激振蕩、自發(fā)混沌振蕩等。但是，這些現(xiàn)象只能在液氮溫區(qū)以下的低溫環(huán)境中才能觀測到，嚴重限制了超晶格的實用化推廣。
張耀輝團隊采用中科院院士夏建白早年的理論計算結(jié)果，通過優(yōu)化超晶格材料組分、器件結(jié)構(gòu)和器件制備工藝，在中科院半導(dǎo)體所研究員馬文全的分子束外延設(shè)備上生長出GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)，并首次在室溫下觀測到超晶格的自發(fā)混沌振蕩和準周期自激振蕩。同時，首次在自治非線性系統(tǒng)（不含隨時間變化驅(qū)動的系統(tǒng)）實驗中發(fā)現(xiàn)了準周期自激振蕩。
在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，張耀輝團隊研制出在室溫下帶寬可達GHz以上、振蕩幅度0.4伏、器件直流偏置電壓小于5伏的超晶格自發(fā)混沌振蕩器，并以該振蕩器作為寬帶物理噪聲源，與Kanter團隊合作研制出速度達到80Gbits/s的實用化高速真隨機數(shù)產(chǎn)生器。
該高速真隨機數(shù)發(fā)生器通過高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，直接把大信號噪聲轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過對數(shù)字信號處理生成隨機數(shù)序列，其隨機性通過了美國國家標準局所提供的標準要求測試。與激光混沌、單光子噪聲等其他類型的物理噪聲源相比，該器件具有系統(tǒng)簡單、速度快、體積小、功耗低、成本低而耐干擾、易于與主系統(tǒng)兼容集成等優(yōu)點。
目前，該超晶格混沌真隨機數(shù)發(fā)生器已達到實用化水平，可望廣泛應(yīng)用在密碼學(xué)、通信和國家信息安全等領(lǐng)域。（記者 張楠 通訊員 李文）
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