Сингапурские учёные создали «умный» квантовый чип: он сам проверяет свою работу при генерации случайных чисел
10.06.2026
Исследователи из Национального университета Сингапура представили революционное устройство — чип для квантового генератора случайных чисел с функцией самодиагностики. Разработка решает давнюю проблему безопасности в системах цифрового шифрования: теперь не нужно слепо доверять исправности аппаратных компонентов.
Случайные числа — основа кибербезопасности. Они используются для:
Проблема существующих генераторов (в т.ч. квантовых) в том, что они работают по принципу «доверенного устройства»: предполагается, будто все компоненты (лазеры, модуляторы, детекторы) всегда исправны. Но если какой‐то элемент выходит из строя или подвергается взлому, результат становится предсказуемым — и это может остаться незамеченным.
Команда под руководством доцента Чарльза Лима с факультета электротехники и вычислительной техники разработала принципиально иной подход — протокол, не зависящий от измерительного устройства.
Принцип работы: чип генерирует известные квантовые состояния света, сравнивает реакцию детектора с прогнозами квантовой теории. Если результаты соответствуют ожиданиям, система преобразует данные в сертифицированные случайные числа. Если обнаруживаются отклонения, процесс автоматически останавливается. Таким образом, пользователю нужно доверять только квантовым световым сигналам — а не детектору, который их измеряет.
Устройство объединяет кодировщик сигнала и оптический детектор на одном кремниевом чипе (изготовлен по стандартному восьмидюймовому техпроцессу). Ключевые преимущества:
Испытания подтвердили высокую надёжность устройства: эффективность детектора — 69,1 % (при минимальном требовании протокола 67 %), а система генерирует больше сертифицированных случайных битов, чем требуется для начального значения — это доказывает способность создавать новые случайные данные.
По словам исследователей, это самый безопасный из существующих чипов с квантовым генератором случайных чисел. Его безопасность проверена даже в наихудшем сценарии — когда злоумышленник обладает квантовыми корреляциями с самим детектором.
Сейчас чип генерирует 64 бита в секунду — это намного медленнее традиционных квантовых генераторов (которые выдают более 100 Гбит/с). Однако команда уверена, что
Технология найдёт применение в самых разных сферах — от финансов и здравоохранения до искусственного интеллекта и интернета вещей.
«Этот чип открывает путь к интеграции практичных самотестирующихся квантовых генераторов случайных чисел в компактные и защищённые системы», — отмечает доцент Чарльз Лим.
Разработка не просто повышает уровень кибербезопасности, но и меняет саму концепцию доверия в цифровых системах: вместо слепой веры в исправность оборудования — автоматическая проверка и гарантия надёжности на каждом этапе.
Почему это важно?
Случайные числа — основа кибербезопасности. Они используются для:
- создания ключей шифрования;
- безопасных транзакций;
- цифровых подписей;
- других критически важных приложений.
Проблема существующих генераторов (в т.ч. квантовых) в том, что они работают по принципу «доверенного устройства»: предполагается, будто все компоненты (лазеры, модуляторы, детекторы) всегда исправны. Но если какой‐то элемент выходит из строя или подвергается взлому, результат становится предсказуемым — и это может остаться незамеченным.
Как работает новый чип?
Команда под руководством доцента Чарльза Лима с факультета электротехники и вычислительной техники разработала принципиально иной подход — протокол, не зависящий от измерительного устройства.
Принцип работы: чип генерирует известные квантовые состояния света, сравнивает реакцию детектора с прогнозами квантовой теории. Если результаты соответствуют ожиданиям, система преобразует данные в сертифицированные случайные числа. Если обнаруживаются отклонения, процесс автоматически останавливается. Таким образом, пользователю нужно доверять только квантовым световым сигналам — а не детектору, который их измеряет.
Технические особенности
Устройство объединяет кодировщик сигнала и оптический детектор на одном кремниевом чипе (изготовлен по стандартному восьмидюймовому техпроцессу). Ключевые преимущества:
- работает при комнатной температуре (не требует криогенного охлаждения);
- компенсирует побочные эффекты (например, изменение яркости света при модуляции фазы);
- использует метод управления, обеспечивающий стабильность оптических сигналов
Результаты тестирования
Испытания подтвердили высокую надёжность устройства: эффективность детектора — 69,1 % (при минимальном требовании протокола 67 %), а система генерирует больше сертифицированных случайных битов, чем требуется для начального значения — это доказывает способность создавать новые случайные данные.
По словам исследователей, это самый безопасный из существующих чипов с квантовым генератором случайных чисел. Его безопасность проверена даже в наихудшем сценарии — когда злоумышленник обладает квантовыми корреляциями с самим детектором.
Скорость vs безопасность
Сейчас чип генерирует 64 бита в секунду — это намного медленнее традиционных квантовых генераторов (которые выдают более 100 Гбит/с). Однако команда уверена, что
- производительность можно значительно повысить:
- лабораторные фотодиоды уже достигли эффективности 92,4 %;
- моделирование показывает, что будущие версии чипа смогут передавать данные со скоростью 68 Мбит/с.
Перспективы применения
Технология найдёт применение в самых разных сферах — от финансов и здравоохранения до искусственного интеллекта и интернета вещей.
«Этот чип открывает путь к интеграции практичных самотестирующихся квантовых генераторов случайных чисел в компактные и защищённые системы», — отмечает доцент Чарльз Лим.
Разработка не просто повышает уровень кибербезопасности, но и меняет саму концепцию доверия в цифровых системах: вместо слепой веры в исправность оборудования — автоматическая проверка и гарантия надёжности на каждом этапе.