تتحقق الشريحة الكمومية الجديدة من أجهزتها الخاصة أثناء توليد أرقام عشوائية آمنة
طور باحثون في جامعة سنغافورة الوطنية شريحة مولدة للأرقام العشوائية الكمومية يمكنها التحقق من سلامة أجهزتها الخاصة أثناء إنتاج أرقام عشوائية، مما يعالج تحديًا أمنيًا طويل الأمد في أنظمة التشفير الرقمي. تعتبر الأرقام العشوائية ضرورية لمفاتيح التشفير والمعاملات الآمنة والتوقيعات الرقمية وتطبيقات الأمن السيبراني الأخرى. تعتمد مولدات الأرقام العشوائية الحالية، بما في ذلك الإصدارات الكمومية، على ثقة المستخدمين في أن مكونات أجهزتهم تستمر في العمل على النحو المنشود. إذا تدهور أحد المكونات أو تم العبث به، فقد يصبح الناتج قابلاً للتنبؤ به دون أن يتم اكتشافه. تم تصميم الشريحة الجديدة للتخلص من هذا الخطر من خلال التحقق المستمر مما إذا كانت أجهزة القياس الخاصة بها تتصرف كما هو متوقع أثناء التشغيل. ويقول فريق البحث، بقيادة البروفيسور المشارك تشارلز ليم من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة سنغافورة الوطنية، إن هذا النهج يمكن أن يعزز الأمن في قطاعات تتراوح من التمويل والرعاية الصحية إلى الذكاء الاصطناعي والأجهزة المتصلة. إزالة الثقة في الأجهزة تعمل معظم مولدات الأرقام العشوائية الكمومية باستخدام ما يسميه الباحثون نموذج الجهاز الموثوق. وبموجب هذا النهج، من المفترض أن تتوافق المكونات مثل أجهزة الليزر والمعدلات والكاشفات مع مواصفاتها طوال عمرها الافتراضي. بدلاً من ذلك، تستخدم الشريحة الجديدة بروتوكولًا مستقلاً عن جهاز القياس. وهذا يعني أن المستخدمين يحتاجون فقط إلى الثقة في إشارات الضوء الكمومية التي تدخل النظام بدلاً من الكاشف المسؤول عن قياسها. أثناء التشغيل، تولد الشريحة حالات ضوئية كمومية معروفة وتقارن استجابات الكاشف مع تنبؤات نظرية الكم. إذا كانت النتائج مطابقة للتوقعات، يقوم النظام بتحويل البيانات إلى أرقام عشوائية معتمدة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فستتوقف العملية تلقائيًا. “لقد كان من الصعب جدًا توصيف وحدة القياس في مولدات الأرقام العشوائية الكمومية، مما يجعل من الصعب ضمان موثوقيتها في العالم الحقيقي. وقال البروفيسور المشارك تشارلز ليم: “يزيل الحل الذي نقدمه الحاجة إلى الثقة في أن هذه الوحدة تعمل على النحو المحدد أثناء الاستخدام”. يدمج الجهاز كلاً من جهاز تشفير الإشارة والكاشف البصري على شريحة سيليكون واحدة تم تصنيعها باستخدام عملية رقاقة بقياس 8 بوصات شائعة الاستخدام في إنتاج أشباه الموصلات. وعلى عكس بعض التقنيات الكمومية، فإنها تعمل في درجة حرارة الغرفة ولا تحتاج إلى تبريد مبرد. كما تناول الباحثون أيضًا تحديًا يتضمن مُعدِّلات الضوء المعتمدة على السيليكون. يمكن أن يؤدي ضبط مرحلة الضوء إلى تغيير سطوعه عن غير قصد، مما قد يؤثر على الأمان. وطور الفريق طريقة تحكم تعوض هذا التأثير وتحافظ على إشارات بصرية مستقرة. الأمان يفوق السرعة حقق كاشف الشريحة كفاءة إجمالية بلغت 69.1 بالمائة، متجاوزًا الحد الأدنى لمتطلبات البروتوكول وهو 67 بالمائة. وأظهرت الاختبارات أيضًا أن النظام أنشأ عددًا أكبر من البتات العشوائية المعتمدة مما استهلكه كبذرة مدخلات، مما يؤكد أنه ينتج عشوائية جديدة. يصف الباحثون الجهاز بأنه شريحة مولد الأرقام العشوائية الكمومية الأكثر أمانًا التي تم عرضها حتى الآن. ويفترض تحليلها الأمني السيناريو الأسوأ الذي قد يمتلك فيه المهاجم ارتباطات كمومية مع الكاشف نفسه. يأتي هذا المستوى من الأمان مع مقايضة. وينتج النظام التجريبي الحالي 64 بت في الثانية، وهو أبطأ بكثير من مولدات الأرقام العشوائية الكمومية التقليدية التي يمكن أن تتجاوز 100 جيجابت في الثانية. يعتقد الفريق أن الأداء يمكن أن يتحسن بشكل كبير من خلال تكنولوجيا الكاشف الأفضل. وقد وصلت الثنائيات الضوئية المخبرية التي طورها الباحثون بالفعل إلى كفاءة تصل إلى 92.4%، وتشير عمليات المحاكاة إلى أن الإصدارات المستقبلية من الشريحة يمكن أن تحقق معدلات بيانات تصل إلى 68 ميجابت في الثانية. وأضاف الأستاذ المساعد ليم: “تمهد هذه الشريحة الطريق نحو دمج مولدات الأرقام العشوائية الكمية العملية ذاتية الاختبار في أنظمة مدمجة وآمنة”. ونشرت الدراسة في مجلة PRX Quantum.
تم النشر: 2026-06-09 21:55:00
