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力求技术创新 九州量子以普通芯片做出新突破

发表时间:2018年01月03日 来源:互联网

  作为事关国家信息和国防安全的前沿技术,量子通信此前已被正式写入国家“十三五”规划纲要,产业前景广阔。量子通信的核心是QKD——密钥分发系统,而构成QKD的核心则是激光器、量子随机数发生器和单光子探测器。

  九州量子北京研发中心正在这三个方向上寻找突破。此前九州量子北京研发中心主任,英国牛津大学工程科学系博士黄蕾蕾在接受采访时表示,他们的目标是研发出世界上速率最快的量子随机数发生器,并持续优化,将设备做得更小更便宜。

  量子随机数生成器(以下简称发生器)在整个QKD系统中处于中间端,起的作用是对激光器发射的单光子进行随机数调制加密和解密,其关键作用不言而喻。

  用普通芯片做出现有量子同类产品相同性能

  九州量子基于相位噪声与真空涨落生产出两种不同原理的产品。从一开始,他们就瞄准高速,准备做Gbps的速率。往高端化发展的同时,也会针对不同的用户需求推出不同档次的产品。

  “高性能的产品,可能会用在一些大型服务器上。而比较终端的一些设备,用不了那么多随机数,就可以使用成本第一点性能低一点的,”北京研发中心的研发工程师张大鹏向我们介绍。

  要降低成本,需要从源头上的选型开始把握,然后优化设计,在这个过程中需要考虑到所用的物料,还有生产制造过程。这需要熟悉整个流程、有实际工程经验、了解采购渠道的工程师才办得到。

  在随机数发生器中,芯片其实发挥着重要作用。目前关键芯片主要依赖国外进口,很多是限售品,不仅成本贵,而且难以大规模量产。“量子信息领域很多论文中使用的芯片在国际上实际对中国禁运,而且不少关键器件虽然性能优良但价格非常高。要实现真正的产业化,就要用合理的成本、通用的芯片和常见的器件实现满足客户需求的性能,甚至是一些和论文中类似的性能。但不能一味追求性能指标的最高化,那更多是学术上的要求。我们是冲着产业化来的。”黄蕾蕾说。

  九州的目标是用市面上可以买到的普通芯片,研发出一款稳定的随机数发生器,同时保证性能不低于甚至优于同类产品。

  升级产品安全程度,提高产品运行性能

  据了解,量子随机数发生器主要由三个模块组成:光源、光电探测器和数字电信号处理电路板。

  整个加密过程是这样的:通过对光源的量子噪声的探测,将光信号转换成为电信号。此后,数字电信号处理电路板将电信号随机转换成以0和1表达的数字信号,由FPGA进行实时数据后处理。

  “初期的技术难关已经攻克了,目前已经做出了产品样机。下一步考虑怎么样把它小型化,低成本化。”黄蕾蕾博士向我们介绍,“但我们同时也会往高端方向走,做更高安全等级的的量子随机数发生器,比如像源和测量器件无关的量子随机数发生器。“相较于国内高速量子随机数发生器的研究领域,九州量子已跻身众多优秀研究团队的发展前列。

  据了解,九州量子目前研制出的这款随机数发生器运行速度颇佳,同时它还具备工作环境简单、高可靠性、高质量随机数生产保证、高集成性的特点。产品还具有可热插拔性,在插入/移除的过程中具有高可靠性,对正在操作使用中的网络不会产生任何影响。

  对于未来,北京研发中心负责人黄蕾蕾表示,九州量子随机数发生器的设计目标主要瞄准安全性。发生器的安全程度主要分为两种,一是设备无法被破坏者或者窥探者控制;另一种是即使设备被控制,生产出来的随机数也是安全可靠的。接下来的目标是进一步优化, “在这方面我们有信心”,黄蕾蕾表示。


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