Fotonikus kvantágy a gyors és megbízható véletlenszám-generáláshoz

A BMBF által támogatott CBQD projekt – Chip-alapú Kvantum Véletlenszám-Eszköz – egy kompakt chipet fog kifejleszteni, amely nagy sebességgel generál véletlenszámokat kvantum-fotonikus hatások alapján, és megfelel az IT-termékek biztonságára vonatkozó Common Criteria követelményeinek. / Projekt CBQD – Chip-alapú Kvantum Véletlenszám-Eszköz – egy kompakt chipet fog kifejleszteni, amely nagy sebességgel generál véletlenszámokat kvantum-fotonikus hatások alapján.

Az BMBF támogatja a CBQD projektet – Chip-alapú Kvantum Véletlenszám-Generátor – a kvantumbiztos nagysebességű kommunikáció kutatásában. A CBQD projektben egy kompakt chipet fejlesztenek, amely magas sebességgel generál véletlenszámokat kvantum-fotonikus hatások alapján, és megfelel az IT-termékek biztonságára vonatkozó Common Criteria követelményeinek. A chip számos IT-biztonsági alkalmazás alapját fogja képezni. A Fraunhofer IPMS a projektben a koordinációért és a QNRG-chip integrációért felelős.

A IT-biztonságban a véletlenszámok rendkívül fontosak, mivel kriptográfiai eljárások, például kulcsgenerálás során használják őket, ezáltal biztosítva az adatok bizalmasságát, integritását és hitelességét. A kvantum-véletlenszám-generátorok (QRNG-k) kvantummechanikai jelenségeket, például az atomok bomlását vagy a lézerforrások fotonfázis-zaját használják, hogy kiszámíthatatlan és véletlenszerű adatokat állítsanak elő, és a lehető legmagasabb biztonságot ígérik, mivel a kimeneti értékek a kvantummechanikai bizonytalanság és szuperpozíció elvein alapulnak. Biztonságos véletlenszám-generálást kínálnak a jövő kommunikációs rendszerei számára, és különböző területeken alkalmazhatók, például hatóságoknál, bankoknál, kritikus infrastruktúrában és az Internet of Things-ben.

„A projektben egy kompakt QRNG-chipet fejlesztünk, amelynek zajbitratje 5 Gbit/s. A zajbitrat fontos tényező a véletlenszám-generálás sebességében,” magyarázza Christoph Posenau, a Fraunhofer IPMS projektvezetője. „A cél, hogy magas sebességet egy kompakt kialakítással ötvözzünk, miközben megfelelünk a Common Criteria AIS 20/31 PTG.3 szabványnak, amely a szövetségi információbiztonsági hivatal (BSI) IT-termékek biztonsági követelményeinek szabályozása.”

A QRNG-chip megvalósításához a projekt modern szilícium-germánium technológiákat alkalmaz az elektrofotonikus integrált áramkörök (EPIC) fejlesztésére, hogy teljesen integrált megoldást hozzanak létre lézerforrással, hullámvezető struktúrákkal, fotodiódákkal és analóg/digitális jelfeldolgozással. A QRNG-megoldást két kvantumkulcs-elosztási (QKD) alkalmazásban tesztelik a projekt során. A multidiszciplináris projektcsapat széleskörű szakértelemmel rendelkezik a kvantumelmélet, biztonsági bizonyítékok, a biztonság tervezés szerinti RNG-k, szilícium-fotonika, valamint QKD rendszerek és azok alkalmazásokba való integrálása terén.

A chip fejlesztésében a Fraunhofer IPMS négy partnerrel és egy társult partnerrel fog együttműködni:

– Fraunhofer Alkalmazott Optika és Finommechanika Intézet (IOF)
– Hannoveri Leibniz Egyetem (LUH)
– Leibniz Innovatív Mikroelektronika Intézet (IHP)
– Darmstadti Műszaki Egyetem (TUDa)
– Adva Network Security GmbH (társult partner)