Dijital ekonominin güvenliği, büyük ölçüde şifreleme sistemlerinde kullanılan rastgele sayı üreteçlerine dayanıyor. Kriptografik anahtarların güvenilirliği için bu sayıların tahmin edilemez olması gerekiyor. Ancak mevcut sistemler, donanım bileşenlerinin çalışma ömrü boyunca doğru ve güvenli biçimde çalışacağı varsayımına dayanıyor. Donanımda oluşabilecek bir bozulma ya da dış müdahale, üretilen sayıların tahmin edilebilir hale gelmesine yol açabiliyor. Singapur Ulusal Üniversitesi araştırmacıları, bu riski azaltmak için kendi ölçüm donanımının bütünlüğünü çalışma sırasında kontrol edebilen yeni bir kuantum rastgele sayı üreteci çipi geliştirdi.
GÜVENİLİR CİHAZ VARSAYIMI AŞILIYOR
Geleneksel kuantum rastgele sayı üreteçleri, lazer ve dedektör gibi bileşenlerin fabrika ayarlarına uygun çalıştığı kabulüyle tasarlanıyor. NUS Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nden Doçent Charles Lim liderliğindeki ekip, bu varsayımı ortadan kaldırmaya yönelik ölçüm cihazından bağımsız bir protokol geliştirdi. Yeni sistem, çalışma sırasında bilinen kuantum ışık durumları üretiyor ve dedektörün verdiği yanıtları teorik tahminlerle karşılaştırıyor. Sonuçlar beklentilerle uyumluysa veriler onaylı rastgele sayılara dönüştürülüyor. Donanımda veya veride sapma tespit edilirse işlem güvenlik amacıyla otomatik olarak durduruluyor.
ÇİP ÜZERİNDE İÇ DENETİM MEKANİZMASI
Araştırmacılar, yeni yaklaşımı kuantum rastgele sayı üretiminde sürekli çalışan bir iç denetim mekanizması olarak tanımlıyor. Doçent Lim, geliştirilen çözümün ölçüm biriminin kullanım sırasında belirtildiği gibi çalıştığına körü körüne güvenme ihtiyacını ortadan kaldırdığını belirtti. Bu özellik, özellikle finansal işlemler, sağlık verileri, savunma uygulamaları ve bağlantılı cihazlar gibi yüksek güvenlik gerektiren alanlarda önem taşıyor.
STANDART SİLİKON ÜRETİM SÜRECİNE UYGUN
Yeni çipin ticari açıdan dikkat çeken yönlerinden biri, standart yarı iletken üretim süreçlerine uyumlu olması. Araştırma ekibi, sinyal kodlayıcıyı ve optik dedektörü sekiz inçlik silikon wafer işlemiyle tek bir çip üzerinde birleştirdi. Ayrıca cihaz, birçok kuantum teknolojisinin aksine kriyojenik soğutmaya ihtiyaç duymadan oda sıcaklığında çalışabiliyor. Bu durum, maliyet ve entegrasyon açısından önemli bir avantaj sunuyor.
OPTİK SİNYALLER KARARLI HALE GETİRİLDİ
Araştırmacılar, silikon tabanlı ışık modülatörlerinde faz ayarı sırasında ortaya çıkan parlaklık değişimlerini de ele aldı. Geliştirilen yeni kontrol yöntemi, bu değişimleri dengeleyerek optik sinyallerin kararlı kalmasını sağladı. Bu sayede çipin rastgele sayı üretimi sırasında daha güvenilir ve tutarlı çalışması hedeflendi.
GÜVENLİK VE HIZ ARASINDA DENGE ARANIYOR
Geliştirilen prototip, yüksek güvenlik düzeyi sunarken hız tarafında henüz sınırlı performans gösteriyor. Çipin dedektörü, protokolün çalışması için gereken minimum yüzde 67 verimlilik eşiğini aşarak yüzde 69,1 toplam verimliliğe ulaştı. Mevcut deneysel sistem, yüksek güvenlik analizi nedeniyle saniyede 64 bit üretebiliyor. Bu hız, saniyede 100 gigabiti aşabilen geleneksel kuantum rastgele sayı üreteçlerinin oldukça gerisinde bulunuyor.
GELECEKTE 68 MEGABİT HIZ HEDEFLENİYOR
Araştırma ekibi, dedektör teknolojisindeki ilerlemelerle hız sorununun aşılabileceğini belirtiyor. Laboratuvar ortamında geliştirilen yeni fotodiyotların yüzde 92,4 verimliliğe ulaştığı bildirildi. Simülasyonlara göre çipin gelecekteki ticari versiyonları saniyede 68 megabit veri hızına ulaşabilir. Bu hız, teknolojinin endüstriyel uygulamalarda daha geniş kullanımını mümkün hale getirebilir.
BANKACILIK VE BAĞLANTILI CİHAZLAR İÇİN HEDEF
Doçent Lim, geliştirilen mimarinin pratik ve kendi kendini test eden kuantum rastgele sayı üreteçlerinin kompakt sistemlere entegre edilmesinin önünü açtığını belirtiyor. Bu tür çiplerin bankacılık, sağlık, bağlantılı yapay zeka cihazları ve nesnelerin interneti sistemlerinde güvenli şifreleme altyapısı için kullanılabileceği değerlendiriliyor. Yeni kuantum çipi, kriptografide yalnızca rastgele sayı üretimini değil, bu üretimi yapan donanımın güvenilirliğini de aynı anda doğrulayan bir yaklaşım sunuyor.
