Research press release

カオスからの着想

Nature Photonics

Inspiration from chaos

乱数生成器は、Eメールやインターネット取引の暗号化など日常生活のさまざまな場面に役立つ。レーザーを利用すれば、高速乱数生成器の作製が可能になるかもしれない。今回Nature Photonics(電子版)に掲載される研究によると、ノイズやカオスはレーザーの難点として認識されているが、実際は、現代の幅広い用途に有益な効果をもたらす可能性がある。

信頼できる乱数は、予測不可能かつ再生不可能であり統計的な偏りがないため、機密性を確保できる。しかし、過去に報告された方法は、迅速に生成できるが予測されやすい擬似乱数を生成するか、真のランダム性をもたらすが生成速度が遅くメガビット毎秒のオーダーに限られているかのどちらかであった。

内田淳史らは、2つのカオス的半導体レーザーの揺らぐ光出力をサンプリングすることによって、真にランダムなビットシーケンスを、ランダム性が検証された過去の方式より1桁速い最高1.7ギガビット毎秒の速度で生成できることを報告している。重要なのは、レーザーのノイズがもたらす予測不可能性、およびレーザーのカオス的ダイナミクスによってもたらされるレーザーノイズの非線形増幅・混合過程を利用することである、と研究チームは示唆している。

真にランダムなビットシーケンスの高速生成という今回の成果は、市民情報保護におけるセキュリティー向上や、将来の量子暗号システムにおける安全鍵生成の高速化をもたらすと期待される。また、核医学や計算化学にかかわる複雑状況のコンピューター計算への応用が考えられる。

Lasers could be used to create high speed random-number generators, useful for many aspects of daily life, such as encrypting emails and internet transactions. A study online this week in Nature Photonics reveals that the perceived negative qualities of lasers, such as noise and chaos, can actually be used to beneficial effect for a wide range of modern applications.

Trusted random numbers should be unpredictable, irreproducible and statistically unbiased, and thus ensure confidentiality. However, previously reported approaches have produced either pseudo-random numbers that can be generated quickly but are vulnerable to prediction, or true randomness that is limited to a slow generation rate of the order of megabits per second.

Atsushi Uchida and co-workers in Japan report that, by sampling the fluctuating optical output of two chaotic semiconductor lasers, they are able to generate true random bit sequences at rates up to 1.7 gigabits per second ? an order of magnitude faster than previously reported schemes that have verified randomness. The team suggests that the key is to use the unpredictability gained from the lasers’ noise, and the nonlinear amplification and mixing process of laser noise offered by the lasers’ chaotic dynamics.

This achievement of fast generation of truly random bit sequences is anticipated to improve security in the concealing of public information and the speed of secure key generation in future quantum cryptography systems. Further applications include computing in complex situations involving nuclear medicine and computational chemistry.

doi: 10.1038/nphoton.2008.227

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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