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科学探索：以超快速度产生随机数的激光系统
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科学探索：以超快速度产生随机数的激光系统
图片来源：NTU Singapore
一个科学家国际团队开发了一种可以以比当前技术快100倍的速度生成随机数的系统，从而为如今数字互联世界中更快、更便宜且更安全的数据加密技术提供了支持。
这个随机发生器系统由南洋理工大学、耶鲁大学和都柏林三一学院的研究人员共同开发，由南洋理工大学制造完成。
随机数有多种用途，比如在网上银行和电子商务等日常交易中生成数据加密密钥和一次性密码（OTPs），以增强其安全性。
该系统利用一个带有特殊沙漏形腔体的激光器产生随机图案，这些图案由光线在腔内相互反射和相互作用形成。通过读取图案，系统即时生成许多随机数序列（见图1）。
研究人员发现，和雪花一样，由于光线在空腔中如何反射和相互作用的不可预测性，使用该系统生成的任何两个数字序列都不相同。
系统中使用的激光波长约一毫米，比大多数常用激光的波长要小。同时它也很节能，可以在任何家庭电源插座上使用，因为它只需要1安培的电流。
激光系统样机特写图片来源：NTU Singapore
在2021年2月26日发表在世界领先科学期刊Science上的研究中，研究人员通过两项测试验证了随机数生成器的有效性，其中一项测试结果由美国国家标准与技术研究所（US National Institute of Standards and Technology）发布。
研究团队已经证明，南洋理工大学制造的随机数生成器比现有的同类技术更快、更安全，在越来越依赖线上交易的当今世界，可以更好地保护用户的数据。
南洋理工大学电机与电子工程学院、物理与数学科学学院以及光子学研究所的Wang Qijie教授带领了南洋理工大学参与了这次国际团队研究，他说：“目前由计算机运行的随机数发生器既便宜又有效，但是它们很容易受到攻击，因为如果黑客破解了用于生成数字的算法就可以预测数字序列。我们的系统更安全，因为它使用了一种不可预测的方法来生成数字，使得即使是拥有相同设备的人也无法复制。”
南洋理工大学物理与数学科学学院的研究员Zeng Yongquan博士共同设计了激光系统，他说：“我们的系统性能超过了目前的随机数生成器，因为这种方法可以以更快的速度同时产生更多的随机信息序列。”。
图片来源：激光系统基本结构
该激光系统可以每秒生成约250兆字节的随机比特，比当前基于计算机的随机数生成器快上百倍。
以它的速度，这个系统只需要大约12秒就可以生成一个随机数体，这个随机数体的大小相当于世界上最大的图书馆——美国国会图书馆的信息量。
在阐述未来工作时，研究小组表示正致力于将该技术投入实际应用，基本思路是将激光整合到一个小型芯片中，使产生的随机数可以直接输入计算机。
翻译：柯丹宁
审校：张和持
引进来源：南洋理工大学（Nanyang Technological University）
引进链接：https://phys.org/news/2021-02-scientists-laser-random-ultrafast.html
本文来自：环球科学
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图片来源：NTU Singapore
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这个随机发生器系统由南洋理工大学、耶鲁大学和都柏林三一学院的研究人员共同开发，由南洋理工大学制造完成。
随机数有多种用途，比如在网上银行和电子商务等日常交易中生成数据加密密钥和一次性密码（OTPs），以增强其安全性。
该系统利用一个带有特殊沙漏形腔体的激光器产生随机图案，这些图案由光线在腔内相互反射和相互作用形成。通过读取图案，系统即时生成许多随机数序列（见图1）。
研究人员发现，和雪花一样，由于光线在空腔中如何反射和相互作用的不可预测性，使用该系统生成的任何两个数字序列都不相同。
系统中使用的激光波长约一毫米，比大多数常用激光的波长要小。同时它也很节能，可以在任何家庭电源插座上使用，因为它只需要1安培的电流。
激光系统样机特写图片来源：NTU Singapore
在2021年2月26日发表在世界领先科学期刊Science上的研究中，研究人员通过两项测试验证了随机数生成器的有效性，其中一项测试结果由美国国家标准与技术研究所（US National Institute of Standards and Technology）发布。
研究团队已经证明，南洋理工大学制造的随机数生成器比现有的同类技术更快、更安全，在越来越依赖线上交易的当今世界，可以更好地保护用户的数据。
南洋理工大学电机与电子工程学院、物理与数学科学学院以及光子学研究所的Wang Qijie教授带领了南洋理工大学参与了这次国际团队研究，他说：“目前由计算机运行的随机数发生器既便宜又有效，但是它们很容易受到攻击，因为如果黑客破解了用于生成数字的算法就可以预测数字序列。我们的系统更安全，因为它使用了一种不可预测的方法来生成数字，使得即使是拥有相同设备的人也无法复制。”
南洋理工大学物理与数学科学学院的研究员Zeng Yongquan博士共同设计了激光系统，他说：“我们的系统性能超过了目前的随机数生成器，因为这种方法可以以更快的速度同时产生更多的随机信息序列。”。
图片来源：激光系统基本结构
该激光系统可以每秒生成约250兆字节的随机比特，比当前基于计算机的随机数生成器快上百倍。
以它的速度，这个系统只需要大约12秒就可以生成一个随机数体，这个随机数体的大小相当于世界上最大的图书馆——美国国会图书馆的信息量。
在阐述未来工作时，研究小组表示正致力于将该技术投入实际应用，基本思路是将激光整合到一个小型芯片中，使产生的随机数可以直接输入计算机。
翻译：柯丹宁
审校：张和持
引进来源：南洋理工大学（Nanyang Technological University）
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