2014 Fiscal Year Annual Research Report
レーザのカオス現象を用いた物理乱数生成器の高速化と小型化
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24686010
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
内田 淳史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50327996)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 乱数 / 応用光学・量子光工学 / 先端機能デバイス / セキュア・ネットワーク / 情報通信工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ランダムな数列を生成する乱数生成器は、情報セキュリティ分野や自然災害予測のための大規模数値シミュレーション分野に必要不可欠な基盤技術である。しかしながらコンピュータで生成される擬似乱数を用いた場合、安全性の脅威や予測精度の低下が近年大きな問題となっている。そこで本研究では、レーザの高速性とカオスの不規則性を利用した超高速物理乱数生成器の開発を行い、実用化へ向けた高速化および小型化を達成することを目的とする。特に世界最速となる1秒間に1兆個（毎秒1テラビット）の生成速度を有する超高速物理乱数生成器の開発と、光集積回路および後処理用電子回路を実装した超高速物理乱数生成用ボードの開発を行う。
乱数生成速度を向上させるためには、カオスの有する周波数成分を広帯域化することが重要である。そこで本年度は、半導体レーザの注入同期現象を利用した広帯域化実験を行った。カオス生成用レーザと帯域拡大用レーザを準備し、帯域拡大用レーザの光出力をカオス発生用レーザへと注入する。レーザの波長を高精度に制御することで、最適な帯域拡大幅の調査を行った。その結果、従来法では10 GHz程度に留まっていた周波数帯域を、30 GHz以上まで拡大することに成功した。さらに本手法で生成された帯域拡大カオスを用いることで、高速物理乱数生成を行ったところ、1秒間に1兆2000億個（毎秒1.2テラビット）の高速物理乱数生成に成功した。本成果は既に国際公刊論文誌に採択されている。
さらに、レーザカオス発生用光集積回路を用いた物理乱数生成を行った。外部共振器長の異なる光集積回路を用いて物理乱数生成を行い、最適な外部共振器長の調査を行った。本成果も国際公刊論文誌に採択されており、物理乱数生成器の小型化へ向けて大きな成果が得られている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究は当初の計画以上に進展している。本年度の研究において、当初目標であった1秒間に1兆個を超える高速物理乱数の生成に成功している。さらに小型化に関しても、光集積回路を用いた物理乱数生成実験を達成している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画としては、さらなる高速化を目指した研究を展開させる予定である。より広帯域な乱数生成用光源の開発や、乱数源の並列化による高速物理乱数生成を実現する。さらには、FPGAを用いて乱数生成用後処理を電子回路ボード上へ実装する予定である。本年度に得られた乱数生成用光集積回路と電子回路ボードを組み合わせることで、高速乱数生成用ボードの実装を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度助成金にて購入した半導体レーザモジュールが予定よりも安価であったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度には補助金と助成金を合わせて、光学部品の購入を予定している。
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