近日，大連化學物理研究所氧碘化學激光器效率和光腔研究研究組(703組)胡墅研究員、郭敬為研究員、譚彥楠研究員團隊提出了一種基于隨機激光實現真隨機數生成的新方法。該方法利用仿生隨機激光相干模式作為物理熵源，實現了單通道隨機數瞬時速率初步達到40Gbps，為真隨機數的生成提供了新思路。
 

　　隨機數在安全通信、信息加密等領域有著重要的應用價值。特別是在保證信息絕對安全的量子通信領域，真隨機數可以滿足量子密鑰分發的隨機要求，因此，真隨機數生成器(TRNG)在信息安全領域具有廣闊的應用前景。光學TRNG利用高速光源產生真隨機數，具有信號加載速率快、抗干擾能力強等特點。近十幾年來，以混沌半導體激光器為典型熵源的光學TRNG發展較快。然而，受光源帶寬和空間通道數目的限制，混沌激光隨機數生成速率遇到了瓶頸，尋找新體制的光學TRNG成為當前的研究熱點。隨機激光的輸出模式具有隨機性，是一種潛在的優質隨機數物理熵源，然而，基于隨機激光生成真隨機數的研究尚處于起步階段。
 

　　本工作中，該團隊提出一種基于隨機激光相干模式的隨機數生成新方法，將復刻有鮑魚殼內表面類光柵溝槽結構的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為散射襯底，結合羅丹明640染料作為增益介質，實現了單通道前向和后向相干隨機激光的同時輸出，并且在光譜和時序上表現出激烈的模式競爭，具備較強的隨機性。團隊對隨機激光的時序變化進行采樣，經過三階差分計算、異或邏輯運算等后處理過程，生成隨機數序列，瞬時速率初步達到40Gbps。研究發現，隨機比特滿足隨機分布、獨立性、無偏差等要求，并通過了NIST SP800-22測試，證實了隨機數序列具有較高質量。本工作在生成隨機數方面具備可拓展的潛力，有望推動隨機激光在隨機數生成領域中的應用。
 

　　該團隊長期致力于隨機激光的開發，經過多年的探索，取得了系列研究進展，包括制備了銀納米顆粒藍光隨機激光器(J. Alloy. Compd.，2019)、荷葉基隨機激光器(Org. Electron.，2019；ACS Appl. Mater. Interfaces，2020)、鮑魚殼隨機激光器(Opt.?Commun.，2021；J. Lumin.，2022)等，并通過能量傳遞過程調控隨機激光的模式競爭(Opt. Express，2024)，基于非相干隨機激光的光譜實現了810 Tbit/s的隨機數生成速率(J. Lightwave Technol.，2023)。
 

　　相關研究成果以“True random number generation based on temporal fluctuations of abalone shell coherent random lasers”為題，于近日發表在《光學快報》(Optics Letters)上。該工作的共同第一作者為我所703組胡墅和李俊濤博士。(文/圖 胡墅)