นักวิจัยจาก Saudi Arabia และ United States ได้แสดงให้เห็นว่า LED ขนาดเล็กสามารถสร้างตัวเลขสุ่มด้วยความเร็วที่ถึง 9.375 กิกะบิตต่อวินาที ความก้าวหน้านี้ได้จุดประกายการอภิปรายที่น่าสนใจในชุมชนเทคโนโลยีเกี่ยวกับว่าการสุ่มแบบควอนตัมนั้นให้ข้อได้เปรียบที่แท้จริงเหนือวิธีการแบบดั้งเดิมหรือไม่
ทีมวิจัยจาก KAUST และสถาบันอื่นๆ ใช้ไมโคร-LED แกลเลียมไนไตรด์ ( GaN ) สีน้ำเงินที่มีขนาดตั้งแต่ 5 ถึง 100 ไมโครเมตร อุปกรณ์ขนาดเล็กเหล่านี้สร้างตัวเลขสุ่มโดยการวัดความผันผวนของความเข้มแสงในการส่องแสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีรากฐานมาจากกลศาสตร์ควอนตัม
ข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพ:
- อัตราการสร้าง: 9.375 Gbit/s
- ขนาด Micro-LED ที่ทดสอบ: 5×5 µm² ถึง 100×100 µm²
- กระแสขับ: 0.5 ถึง 100 mA
- บิตที่สกัดได้ต่อรอบการสุ่มตัวอย่าง: 6 บิต (เทียบกับ 2 บิตสำหรับระบบโฟตอนเดี่ยว)
- วัสดุ: แกลเลียมไนไตรด์ ( GaN ) สีน้ำเงิน
 |
|---|
| อุปกรณ์ micro-LED นวัตกรรมใหม่ที่เป็นตัวแทนของเทคโนโลยีการสร้างตัวเลขสุ่มที่ล้ำสมัย |
ความเร็วเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิมสร้างความตื่นเต้นในชุมชน
ชุมชนเทคโนโลยีตื่นเต้นเป็นพิเศษกับการปรับปรุงความเร็วอย่างมากที่เทคโนโลยีนี้นำเสนอ ในขณะที่เครื่องสร้างตัวเลขสุ่มแบบ LED ในอดีตมักจะมีความเร็วสูงสุดเพียงไม่กี่ร้อยเมกะบิตต่อวินาที วิธีการใหม่นี้สามารถดึงข้อมูลหกบิตต่อรอบการสุ่มตัวอย่างแทนที่จะเป็นสองบิตตามปกติจากระบบตรวจจับโฟตอนเดี่ยว
อย่างไรก็ตาม สมาชิกบางคนในชุมชนตั้งคำถามว่าลักษณะควอนตัมของวิธีการนี้มีความสำคัญจริงๆ สำหรับการใช้งานในทางปฏิบัติหรือไม่ การอภิปรายเผยให้เห็นการแบ่งแยกที่น่าสนใจ: ในขณะที่การสุ่มแบบควอนตัมมีความสุ่มมากกว่าในทางทฤษฎีเพราะไม่สามารถคาดเดาได้โดยธรรมชาติ แหล่งสัญญาณรบกวนแบบคลาสสิกอาจมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงเนื่องจากเราไม่สามารถทำนายได้อย่างสมบูรณ์แบบอยู่ดี
หมายเหตุ: แกลเลียมไนไตรด์ ( GaN ) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปใน LED สีน้ำเงินและอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง
การเปรียบเทียบกับวิธีการก่อนหน้า:
- RNG แบบ LED แบบดั้งเดิม: ความเร็วสูงสุดเพียงไม่กี่ร้อย Mbit/s
- ระบบตรวจจับโฟตอนเดี่ยว: 2 บิตต่อรอบการสุ่มตัวอย่าง
- แนวทาง Micro-LED: 6 บิตต่อรอบการสุ่มตัวอย่างที่ความเร็ว 9.375 Gbit/s
- การกำหนดค่าทั้งหมดที่ทดสอบผ่านมาตรฐานความสุ่มของ NIST
 |
|---|
| อุปกรณ์ไฮเทคเน้นย้ำความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการสร้างตัวเลขสุ่ม |
การใช้งานในทางปฏิบัติและความท้าทายในการรวมระบบ
งานวิจัยนี้ตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการสร้างตัวเลขสุ่มที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ในด้านความปลอดภัยข้อมูล การเข้ารหัส และการจำลองคอมพิวเตอร์ การใช้งานปัจจุบันต้องการเครื่องสร้างที่มีขนาดเล็กพอสำหรับการรวมเข้ากับชิปในขณะที่ยังคงอัตราการสร้างที่สูง
การอภิปรายในชุมชนเน้นย้ำว่าแม้แต่การสุ่มที่แท้จริงเพียงไม่กี่กิโลบิตต่อวินาทีก็เพียงพอสำหรับการเริ่มต้นระบบเข้ารหัสแล้ว สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามว่าการสร้างความเร็วสูงเช่นนี้จำเป็นหรือไม่ แม้ว่าการใช้งานบางอย่างอาจต้องการการสุ่มที่แท้จริงแทนที่จะเป็นทางเลือกแบบเทียมสุ่มเพื่อความปลอดภัยหรือเหตุผลด้านกฎระเบียบ
นักวิจัยวางแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติมโดยการสร้างอาร์เรย์ 2 มิติของไมโคร-LED สำหรับการประมวลผลแบบขนานและพัฒนาระบบที่รวมเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์แทนที่จะใช้ส่วนประกอบแยกต่างหาก
ส่วนประกอบของระบบ:
- ไมโคร LED แบบ GaN พร้อมตัวทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับการควบคุมอุณหภูมิให้คงที่
- เครื่องตรวจจับแสงแบบ Avalanche
- เครื่องขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์
- ออสซิลโลสโคปแบบ Sampling
- ส่วนประกอบทั้งหมดในปัจจุบันเป็นแบบแยกส่วน (มีแผนการรวมระบบสำหรับเวอร์ชันในอนาคต)
 |
|---|
| ความก้าวหน้าและนวัตกรรมในเทคโนโลยีการสร้างตัวเลขสุ่มเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้ในอนาคต |
ความน่าเชื่อถือทางเทคนิคและมาตรฐานการทดสอบ
ไมโคร-LED ทุกตัวที่ทดสอบ ไม่ว่าจะเป็นขนาดหรือกระแสการทำงาน ผ่านการทดสอบความสุ่มที่เข้มงวดที่พัฒนาโดย U.S. National Institute of Standards and Technology ( NIST ) ได้สำเร็จ ซึ่งเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการตรวจสอบเครื่องสร้างตัวเลขสุ่ม
ระบบปัจจุบันใช้ส่วนประกอบแยกต่างหากรวมถึงไมโคร-LED GaN ที่มีการควบคุมอุณหภูมิ เครื่องตรวจจับโฟตอนแบบหิมะถล่ม และเครื่องขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ เป้าหมายถัดไปของทีมคือการรวมส่วนประกอบทั้งหมดเข้าไว้ในชิปเดียวเพื่อการใช้งานในทางปฏิบัติ
การพัฒนานี้แสดงให้เห็นถึงก้าวสำคัญสู่การสร้างตัวเลขสุ่มที่กะทัดรัดและคุ้มค่าที่สามารถนำไปใช้ในทุกสิ่งตั้งแต่ความปลอดภัยทางไซเบอร์ไปจนถึงการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ แม้ว่าชุมชนจะยังคงถกเถียงกันต่อไปว่าข้อได้เปรียบของควอนตัมนั้นแปลงเป็นประโยชน์ในโลกแห่งความเป็นจริงหรือไม่