力求技术创新 九州量子以普通芯片做出新突破

作为事关国家信息和国防安全的前沿技术，量子通信此前已被正式写入国家“十三五”规划纲要，产业前景广阔。量子通信的核心是QKD——密钥分发系统，而构成QKD的核心则是激光器、量子随机数发生器和单光子探测器。

九州量子北京研发中心正在这三个方向上寻找突破。此前九州量子北京研发中心主任，英国牛津大学工程科学系博士黄蕾蕾在接受采访时表示，他们的目标是研发出世界上速率最快的量子随机数发生器，并持续优化，将设备做得更小更便宜。

量子随机数生成器（以下简称发生器）在整个QKD系统中处于中间端，起的作用是对激光器发射的单光子进行随机数调制加密和解密，其关键作用不言而喻。

用普通芯片做出现有量子同类产品相同性能

九州量子基于相位噪声与真空涨落生产出两种不同原理的产品。从一开始，他们就瞄准高速，准备做Gbps的速率。往高端化发展的同时，也会针对不同的用户需求推出不同档次的产品。

“高性能的产品，可能会用在一些大型服务器上。而比较终端的一些设备，用不了那么多随机数，就可以使用成本第一点性能低一点的，”北京研发中心的研发工程师张大鹏向我们介绍。

要降低成本，需要从源头上的选型开始把握，然后优化设计，在这个过程中需要考虑到所用的物料，还有生产制造过程。这需要熟悉整个流程、有实际工程经验、了解采购渠道的工程师才办得到。

在随机数发生器中，芯片其实发挥着重要作用。目前关键芯片主要依赖国外进口，很多是限售品，不仅成本贵，而且难以大规模量产。“量子信息领域很多论文中使用的芯片在国际上实际对中国禁运，而且不少关键器件虽然性能优良但价格非常高。要实现真正的产业化，就要用合理的成本、通用的芯片和常见的器件实现满足客户需求的性能，甚至是一些和论文中类似的性能。但不能一味追求性能指标的最高化，那更多是学术上的要求。我们是冲着产业化来的。”黄蕾蕾说。

九州的目标是用市面上可以买到的普通芯片，研发出一款稳定的随机数发生器，同时保证性能不低于甚至优于同类产品。

升级产品安全程度，提高产品运行性能

据了解，量子随机数发生器主要由三个模块组成：光源、光电探测器和数字电信号处理电路板。

整个加密过程是这样的：通过对光源的量子噪声的探测，将光信号转换成为电信号。此后，数字电信号处理电路板将电信号随机转换成以0和1表达的数字信号，由FPGA进行实时数据后处理。

“初期的技术难关已经攻克了，目前已经做出了产品样机。下一步考虑怎么样把它小型化，低成本化。”黄蕾蕾博士向我们介绍，“但我们同时也会往高端方向走，做更高安全等级的的量子随机数发生器，比如像源和测量器件无关的量子随机数发生器。“相较于国内高速量子随机数发生器的研究领域，九州量子已跻身众多优秀研究团队的发展前列。

据了解，九州量子目前研制出的这款随机数发生器运行速度颇佳，同时它还具备工作环境简单、高可靠性、高质量随机数生产保证、高集成性的特点。产品还具有可热插拔性，在插入/移除的过程中具有高可靠性，对正在操作使用中的网络不会产生任何影响。

对于未来，北京研发中心负责人黄蕾蕾表示，九州量子随机数发生器的设计目标主要瞄准安全性。发生器的安全程度主要分为两种，一是设备无法被破坏者或者窥探者控制；另一种是即使设备被控制，生产出来的随机数也是安全可靠的。接下来的目标是进一步优化， “在这方面我们有信心”，黄蕾蕾表示。