研究人员发现，微型LED（micro-LED）可以极高的速度生成真随机数，为数据安全和复杂系统模拟等领域带来了突破。通过利用蓝光 micro-LED 自发辐射的强度波动，该技术实现了 9.375 Gbit/s 的生成速率，远超传统方法。该系统已通过美国国家标准与技术研究院（NIST）的严格测试，证明了其可靠性，未来计划通过阵列和芯片集成进一步提升性能。
为什么快速随机数很重要？
随机数是许多现代技术的核心，其应用范围广泛且至关重要。
- 数据安全： 用于创建加密密钥和密码，是保护信息安全的基础。
- 科学模拟： 在模拟天气、金融市场等复杂系统时，需要高质量的随机数来确保结果的准确性。
因此，市场迫切需要一种体积小、速度快且成本低廉的随机数生成器，以便于集成到芯片中。
Micro-LEDs：一种新的解决方案
研究团队发现，可以利用物理过程中固有的量子随机性来生成真随机数。他们的新方法利用了蓝光氮化镓（GaN）micro-LED 的自发光强度波动。
与其他技术相比，micro-LED 具有明显优势：
- 紧凑、可靠且成本低。
- 功耗更低。
- 所需的电子和光子系统架构更简单。
最可靠的真随机数生成方法是采样并数字化一个由量子力学内在随机性支撑的物理过程。
相比传统方法的优势
虽然使用 LED 生成随机数的想法并不新鲜，但过去的方法存在明显的局限性，其生成速率通常不超过几百兆比特每秒（Mbit/s）。
新的 micro-LED 方法实现了质的飞跃，其核心区别在于数据提取效率。
- 传统方法： 依赖单光子检测，每个采样周期通常只能提取 2 个比特。
- 新方法： 利用强度波动，每个采样周期可以提取 6 个比特，效率更高。
正是这种效率的提升，使得生成速率达到了 9.375 Gbit/s 的超高水平。
通过严格测试的可靠性
任何随机数生成器都必须经过严格测试才能获得信任。该团队的成果通过了业界的黄金标准——美国国家标准与技术研究院（NIST）的测试。
研究人员测试了各种不同尺寸和驱动电流的 micro-LED，所有样本 均通过了 NIST 测试，证明了该方法的稳定性和可靠性。
未来的发展方向
目前，该系统仍由分立的组件构成，包括 micro-LED、冷却器、光电探测器和示波器。团队的下一步计划是进一步提升和集成该技术。
- 提升生成速率： 通过创建二维 micro-LED 阵列，实现并行随机数生成，从而进一步提高总速率。
- 实现完全集成： 将 micro-LED、片上光电探测器及所有相关电子元件整合到一块完全集成的随机数生成芯片上。