半導体レーザにおける量子ノイズのカオス増幅効果を用いた超高速物理乱数生成

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21686009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 内田 淳史 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (50327996)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 乱数 / レーザ / カオス / 先端機能デバイス / セキュア・ネットワーク / 情報通信工学

研究概要

本研究では、半導体レーザカオスを用いることで新たな超高速物理乱数生成方式の開発を行った。半導体レーザカオス信号をアナログ-デジタル変換して論理演算を行うことにより、物理乱数生成の実証実験に成功した。生成された乱数に対して国際標準の統計検定を適用したところ全検定項目に合格し、ランダム性の高い乱数が生成された。さらに物理乱数生成の高速化方式を新たに提案および実装して乱数生成を行ったところ、400Gb/sの乱数生成速度を実現した。加えて物理乱数生成器の非再現性の理論的保証や量子暗号通信への実証実験に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Secure key distribution using correlated randomness in lasers driven bycommon random light (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimura, J. Muramatsu, P. Davis, T. Harayama, H. Okumura, S. Morikatsu, H. Aida, A. Uchida
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: Vol.108 ページ: 070602-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of entropyrate in a fast physical random-bit generator using a chaotic semiconductor laser with intrinsic noise (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mikami, K. Kanno, K. Aoyama, A. Uchida, T. Ikeguchi, T. Harayama, S. Sunada, K. Arai, K. Yoshimura, P. Davis
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: Vol.85 ページ: 016211-1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] セキュリティネットワークを支える物理乱数生成技術[III]-レーザカオスを用いた超高速物理乱数生成器の最新動向 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内田淳史
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 巻: Vol.95, No.1 ページ: 74-80
  • 査読あり
• [雑誌論文] Random optical pulse generation with bistable semiconductor ring lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Sunada, T. Harayama, K. Arai, K. Yoshimura, K. Tsuzuki, A. Uchida, P. Davis
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.19, No.8 ページ: 7439-7450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chaos laser chips with delayed optical feedback using a passive ring waveguide (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Sunada, T. Harayama, K. Arai, K. Yoshimura, P. Davis, K. Tsuzuki, A. Uchida
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.19, No.7 ページ: 5713-5724
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast nondeterministic random-bit generation using on-chip chaos lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Harayama, S. Sunada, K. Yoshimura, P. Davis, K. Tsuzuki, A. Uchida
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: Vol.83 ページ: 031803(R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast random bit generation with bandwidth-enhanced chaos in semiconductor lasers (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Hirano, T. Yamazaki, S. Morikatsu, H. Okumura, H. Aida, A. Uchida, S. Yoshimori, K. Yoshimura, T. Harayama, P. Davis
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.18, No.6 ページ: 5512-5524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of fast physical random bit generation using chaotic semiconductor lasers (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hirano, K. Amano, A. Uchida, S. Naito, M. Inoue, S. Yoshimori, K. Yoshimura, P. Davis
  • 雑誌名: IEEE Journal of Quantum Electronics 巻: Vol.45, No.11 ページ: 1367-1379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of bandwidth-enhanced chaos in semiconductor lasers with optical feedback and injection (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Someya, I. Oowada, H. Okumura, T. Kida, A. Uchida
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.17, No.22 ページ: 19536-19543
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization by injection of common chaotic signal in semiconductor lasers with optical feedback (2009)
  • 著者名/発表者名: I. Oowada, H. Ariizumi, M. Li, S. Yoshimori, A. Uchida, K. Yoshimura, P. Davis
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.17, No.12 ページ: 10025-10034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential-phase-shift quantum key distribution experiment using fast physical random bit generator with chaotic semiconductor lasers (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Honjo, A. Uchida, K. Amano, K. Hirano, H. Someya, H. Okumura, K. Yoshimura, P. Davis
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.17, No.11 ページ: 9053-9061
  • 査読あり
• [学会発表] Ultra-fast random number generation with chaotic lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Uchida
  • 学会等名: International Symposium on Physics and Applications of Laser Dynamics 2011(IS-PALD2011)
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
  • 年月日: 20111207-08
• [学会発表] Post-processing method for fast random number generation with chaotic semiconductor lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Akizawa, T. Yamazaki, A. Uchida
  • 学会等名: Frontiers in Optics 2011
  • 発表場所: San Jone, California, USA
  • 年月日: 20111016-20
• [学会発表] 半導体レーザカオスを用いた物理乱数生成の後処理による高速化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 秋澤康裕, 山崎泰基, 内田淳史, 原山卓久, 砂田哲, 新井賢一, 吉村和之, デイビスピーター
  • 学会等名: 電子情報通信学会2011年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 北海道大学、北海道
  • 年月日: 20110913-16
• [学会発表] レーザカオスを用いた高速物理乱数生成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内田淳史
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学、神奈川
  • 年月日: 20100317-20
• [学会発表] Experimental evaluation of fast random bit sequence generation using chaotic semiconductor lasers (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Uchida, K. Hirano, K. Amano, M. Inoue, S. Naito, H. Someya, I. Oowada, S. Yoshimori, K. Yoshimura, P. Davis
  • 学会等名: The European Conference on Lasers and Electro-Optics and the International Quantum Electronics Conference 2009 (CLEO/Europe-IQEC 2009)
  • 発表場所: Munich, Germany, June
  • 年月日: 20090614-19
• [図書] Wiley-VCH, Weinheim, Germany (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Uchida
  • 総ページ数: 640
  • 出版者: Optical Communication with Chaotic Lasers, Applications of Nonlinear Dynamics and Synchronization
• [備考]
  • URL: http://www.au.ics.saitama-u.ac.jp/