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(xiàn)真隨機數(shù)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(xiàn)了單通道隨機數(shù)瞬時速率初步達到40Gbps，為真隨機數(shù)的生成提供了新思路。
 

　　隨機數(shù)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(shù)可以滿足量子密鑰分發(fā)的隨機要求，因此，真隨機數(shù)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(chǎn)生真隨機數(shù)，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(fā)展較快。然而，受光源帶寬和空間通道數(shù)目的限制，混沌激光隨機數(shù)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(yōu)質(zhì)隨機數(shù)物理熵源，然而，基于隨機激光生成真隨機數(shù)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(shù)生成新方法，將復刻有鮑魚殼內(nèi)表面類光柵溝槽結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為散射襯底，結(jié)合羅丹明640染料作為增益介質(zhì)，實現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)過三階差分計算、異或邏輯運算等后處理過程，生成隨機數(shù)序列，瞬時速率初步達到40Gbps。研究發(fā)現(xiàn)，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(shù)序列具有較高質(zhì)量。本工作在生成隨機數(shù)方面具備可拓展的潛力，有望推動隨機激光在隨機數(shù)生成領域中的應用。
 

　　該團隊長期致力于隨機激光的開發(fā)，經(jīng)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(diào)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(xiàn)了810 Tbit/s的隨機數(shù)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(fā)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)