Chip quantistico fotonico per generazione rapida e affidabile di numeri casuali

Nel progetto finanziato dal BMBF CBQD – Dispositivo Quantistico di Randomizzazione basato su chip – verrà sviluppato un chip compatto che genera numeri casuali ad alta velocità basati su effetti quantistici fotonici e soddisfa i requisiti dei Common Criteria per la sicurezza dei prodotti IT. / Project CBQD - Dispositivo Quantistico di Randomizzazione basato su chip - svilupperà un chip compatto che genera numeri casuali ad alta velocità basati su effetti fotonici quantistici.

Il BMBF sostiene il progetto CBQD – Chip-based Quantum Randomness Device – per la ricerca sulla comunicazione ad alta velocità sicura dal punto di vista quantistico. Nel progetto CBQD verrà sviluppato un chip compatto che genera numeri casuali ad alta velocità basati su effetti quantistici fotonici e soddisfa i requisiti dei Common Criteria per la sicurezza dei prodotti IT. Il chip dovrebbe diventare la base per numerose applicazioni della sicurezza informatica. Il Fraunhofer IPMS si occuperà della coordinazione e dell'integrazione del chip QNRG nel progetto.

Nel campo della sicurezza informatica, i numeri casuali sono di fondamentale importanza, poiché vengono utilizzati in procedure crittografiche come la generazione di chiavi, garantendo così la sicurezza dei dati in termini di riservatezza, integrità e autenticità. I generatori di numeri casuali quantistici (QRNG) sfruttano fenomeni quantistici come il decadimento degli atomi o il rumore di fase dei fotoni di sorgenti laser per produrre dati imprevedibili e casuali, promettendo la massima sicurezza poiché i valori di uscita si basano sui principi quantistici dell'indeterminatezza e della sovrapposizione. Offrono una generazione sicura di numeri casuali per i futuri sistemi di comunicazione e possono essere impiegati in vari settori come enti pubblici, banche, infrastrutture critiche e Internet delle cose.

»Nel progetto si intende sviluppare un chip QRNG compatto con una velocità di rumore di 5 Gbit/s. La velocità di rumore è un fattore decisivo per la velocità nella generazione di numeri casuali», spiega Christoph Posenau, responsabile del progetto presso il Fraunhofer IPMS. »L'obiettivo è combinare alta velocità con una forma compatta e allo stesso tempo soddisfare i requisiti dei Common Criteria AIS 20/31 PTG.3, uno standard per i requisiti di sicurezza dei prodotti IT dell'Ufficio federale per la sicurezza informatica (BSI).«

Il progetto per la realizzazione del chip QRNG utilizza tecnologie moderne di silicio-germanio per lo sviluppo di circuiti integrati elettrofotonici (EPIC), al fine di creare una soluzione completamente integrata con sorgente laser, strutture di guide d'onda, fotodiodi e elaborazione analogica/digitale del segnale. La soluzione QRNG verrà testata nel progetto in due applicazioni della distribuzione di chiavi quantistiche (QKD). Il team interdisciplinare del progetto porta una vasta esperienza dalla teoria quantistica alle prove di sicurezza, dall'approccio Security-by-Design per RNG, alla fotonica in silicio, fino ai sistemi QKD e alla loro integrazione in applicazioni pratiche.

Nell'ambito dello sviluppo del chip, il Fraunhofer IPMS collaborerà con quattro partner e un partner associato:

– Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF
– Leibniz University Hannover (LUH)
– Leibniz Institute for Innovative Microelectronics (IHP)
– Technische Universität Darmstadt (TUDa)
– Adva Network Security GmbH (partner associato)