Quantum random number generators (QRNGs) can produce true random numbers. Yet, the two most important QRNG parameters highly desired for practical applications, i.e., speed and size, have to be compromised during implementations. Here, we present the fastest and miniaturized QRNG with a record real-time output rate as high as 18.8 Gbps by combining a photonic integrated chip and the technology of optimized randomness extraction. We assemble the photonic integrated circuit designed for vacuum state QRNG implementation, InGaAs homodyne detector and high-bandwidth transimpedance amplifier into a single chip using hybrid packaging, which exhibits the excellent characteristics of integration and high-frequency response. With a sample rate of 2.5 GSa/s in a 10-bit analog-to-digital converter and subsequent paralleled postprocessing in a field programmable gate array, the QRNG outputs ultrafast random bitstreams via a fiber optic transceiver, whose real-time speed is validated in a personal computer.


翻译:量子随机数生成器(QRNGs)可以产生真实的随机数字。然而,对于实际应用而言,最需要的两个最重要的QRNG参数,即速度和大小,在执行过程中必须妥协。这里,我们通过将光子集成芯片和优化随机提取技术相结合,展示了创纪录的实时输出率高达18.8Gbps的最快和微型QRNG,将光子集成集成集成和小型QRNG的两种最重要参数,即速度和大小。我们将用于真空状态QRNG的光子集成集成电路、InGaAs同质探测器和高带宽突扰放大器安装成一个使用混合容器的芯片,显示集成和高频响应的优异特性。在10位模拟数字转换器中,25 GSA/s的样本率和随后的平行后处理率在现场可编程门阵列中,QRNG输出出超快的随机位流流,通过光纤收发器,其实时速度由个人计算机验证。

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