Znanstveniki razvili kvantni čip, ki samostojno potrjuje varnost naključnih števil

Raziskovalci z Nacionalne univerze v Singapurju (NUS) so razvili revolucionaren kvantni čip za generiranje naključnih števil, ki lahko med samim delovanjem preveri celovitost svoje strojne opreme.

Naključna števila so temelj sodobne kibernetske varnosti, saj predstavljajo osnovo za šifrirne ključe, varne transakcije in digitalne podpise. Do sedaj so morali uporabniki vseh generatorjev naključnih števil slepo zaupati, da strojna oprema deluje natanko tako, kot je predpisal proizvajalec. Če se komponenta »iztroši« ali pa jo napadalec zlonamerno spremeni, lahko izhodni podatki postanejo predvidljivi, ne da bi sistem to sploh zaznal.

Ekipa pod vodstvom izrednega profesorja Charlesa Lima z oddelka za elektrotehniko in računalništvo na NUS pa je to tveganje popolnoma odpravila. Njihov novi čip med delovanjem nenehno preverja, ali se merilna strojna oprema obnaša v skladu s pričakovanji. Ta pristop bi drastično okrepil varnost v sektorjih, kot so finance, zdravstvo, umetna inteligenca in naprave interneta stvari (IoT).

Večina obstoječih kvantnih generatorjev deluje na podlagi tako imenovanega “modela zaupanja vredne naprave”, ki predvideva, da laserji, modulatorji in detektorji skozi celotno življenjsko dobo delujejo idealno. Novi singapurski čip namesto tega uporablja protokol, neodvisen od merilne naprave. V praksi to pomeni, da morajo uporabniki zaupati le kvantnim svetlobnim signalom, ki vstopajo v sistem, ne pa več samemu detektorju, ki jih meri. Čip med delovanjem ustvari znana kvantna stanja svetlobe in nato primerja odzive detektorja z napovedmi kvantne teorije. Če se rezultati ujemajo, sistem podatke pretvori v certificirana naključna števila. Če pride do odstopanja, se proces avtomatsko zaustavi.

Naprava združuje tako kodirnik signala kot optični detektor na enem samem silicijevem čipu, izdelanem s standardnim osem-palčnim postopkom, ki se običajno uporablja v industriji polprevodnikov. Za razliko od mnogih drugih kvantnih tehnologij ta čip deluje pri sobni temperaturi in ne zahteva zapletenega ter dragih sistemov za kriogeno hlajenje.

Vendar pa ta brezkompromisna raven varnosti prinaša določen davek pri hitrosti. Trenutni eksperimentalni sistem proizvaja 64 bitov na sekundo, kar je bistveno počasneje od konvencionalnih kvantnih generatorjev, ki lahko presežejo hitrosti 100 gigabitov na sekundo. Ekipa kljub temu verjame, da se bo zmogljivost z izboljšanjem tehnologije detektorjev močno zvišala. Laboratorijske fotodiode, ki so jih razvili, že dosegajo 92,4-odstotno učinkovitost, simulacije pa kažejo, da bi prihodnje različice čipa lahko dosegle hitrosti prenosa podatkov do 68 megabitov na sekundo.