近日，新加坡南洋理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與美國耶魯大學(xué)、愛爾蘭都柏林三一學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了一種用于生成隨機(jī)數(shù)的激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)生成隨機(jī)數(shù)的速度比當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)快了近100倍。

據(jù)悉，隨機(jī)數(shù)生成器是上述三所大學(xué)的科研人員聯(lián)合開發(fā)，并由南洋理工大學(xué)完成系統(tǒng)的制造。對于依靠數(shù)字相聯(lián)的當(dāng)今世界，全新隨機(jī)數(shù)生成系統(tǒng)的問世無疑是一個(gè)好消息，為未來更安全便捷的數(shù)字加密技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

■研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)記錄激光束發(fā)射并相互作用產(chǎn)生的圖案，再由圖案生成一系列隨機(jī)數(shù)

在日常生活中，隨機(jī)數(shù)的用途十分廣泛，比如當(dāng)我們在使用電子商務(wù)和網(wǎng)上銀行時(shí)，就需要用到生成數(shù)據(jù)的加密密鑰和臨時(shí)密碼。該激光器系統(tǒng)使用了一個(gè)沙漏形狀的腔體生成隨機(jī)圖案，圖案則是由腔體內(nèi)相互反射和作用的光線所形成。通過讀取圖案，該系統(tǒng)可以同時(shí)生成許多序列的隨機(jī)數(shù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，由于光線在腔體中相互反射和作用的方式不可預(yù)測，因此得到的任意兩個(gè)數(shù)字序列都是不同的，這就像世界上沒有兩片雪花是相同的一樣。該系統(tǒng)采用的激光器長度只有1mm，比如今絕大多數(shù)的激光器都小很多，可謂是芯片級(jí)激光器。但這種芯片級(jí)激光器卻具有高能效，僅需1安培電流即可讓其運(yùn)行，并且還能通過家用電源插座使用。

此后，研究團(tuán)隊(duì)采用兩種測試驗(yàn)證了隨機(jī)數(shù)生成器系統(tǒng)的可靠性，其中一項(xiàng)測試是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院完成。2021年2月26日，研究團(tuán)隊(duì)的論證結(jié)果發(fā)表在權(quán)威期刊《科學(xué)》雜志上。

■Wang Qijie教授手拿隨機(jī)數(shù)生成系統(tǒng)裝置

這項(xiàng)研究工作是由南洋理工大學(xué)電子電氣工程學(xué)院、物理與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院以及光子學(xué)研究所的Wang Qijie教授領(lǐng)銜。他表示，目前由計(jì)算機(jī)生成隨機(jī)數(shù)的方式具有速度快和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但這種方式卻容易受到黑客攻擊。如果黑客能預(yù)測隨機(jī)數(shù)的生成算法，那就能預(yù)測未來生成的數(shù)字序列。新激光系統(tǒng)生成隨機(jī)數(shù)的方式更安全，因?yàn)樯蓴?shù)字的過程是不可預(yù)測的，即使復(fù)制同一臺(tái)設(shè)備，兩臺(tái)設(shè)備生成隨機(jī)數(shù)的結(jié)果也不一樣。

作為隨機(jī)數(shù)生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師之一，南洋理工大學(xué)物理與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的研究員Zong Yongquan博士談到：“我們的系統(tǒng)超越了當(dāng)前的隨機(jī)數(shù)生成器，因?yàn)檫@種方法可以同時(shí)生成更多的隨機(jī)信息序列，速度也更快。”

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新系統(tǒng)能在每秒鐘生成250兆兆字節(jié)的隨機(jī)數(shù)位，這比當(dāng)前計(jì)算機(jī)隨機(jī)數(shù)生成器快了100倍。如果以這種速度生成數(shù)據(jù)，那么美國國會(huì)圖書館的信息數(shù)據(jù)生成能在12秒內(nèi)就能完成，速度之快讓人驚嘆。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正嘗試將激光器集成到緊湊型芯片中，并讓其產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)能直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，期望能在不久的將來投入使用。