論文の概要: Engineering a Phase-Noise-Based Quantum Random Number Generator for Real-Time Secure Applications: Design, Validation, and Scalability

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.00741v1
• Date: Wed, 01 Apr 2026 11:12:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-02 16:44:31.949067
• Title: Engineering a Phase-Noise-Based Quantum Random Number Generator for Real-Time Secure Applications: Design, Validation, and Scalability
• Title（参考訳）: 実時間セキュアアプリケーションのための位相雑音に基づく量子ランダム数生成器の工学:設計,検証,拡張性
• Authors: Anurag K. S. V., Shubham Chouhan, K. Srinivasan, G. Raghavan, Kanaka Raju P,
• Abstract要約: 本研究は,QRNG(Quantum Random Number Generators)システムを提案する。 単一周波数レーザーの量子位相ノイズをタップし、自然発振によるランダム性を持つ。 このシステムは、処理後開発レート1.0$Gbpsの動作を実現し、TRL 8に近づいた7の技術準備レベル(TRL)を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Random Number Generators (RNGs) are crucial for applications ranging from cryptography to simulations. Depending on the source of randomness, RNGs are classified into Pseudo-Random Number Generators (PRNGs), True Random Number Generators (TRNGs), and Quantum Random Number Generators (QRNGs). This work presents the end-to-end development of a high-speed, high-efficiency, phase-noise-based QRNG system that taps into the quantum phase noise of a single-frequency laser, with randomness originating from spontaneous emission. Using a self-heterodyne measurement with a semiconductor laser (linewidth $\approx$ 5.23 $GHz$) operated near threshold and a $\sim$48 $cm$ fiber delay line, a raw data generation rate of 2.0 $Gbps$ is achieved. To ensure uniform randomness in the QRNG output, robust extraction techniques developed in-house, such as the Toeplitz Strong Extractor (TSE), are used. Randomness validation using the NIST and Diehard test suites confirms that all statistical tests pass at standard confidence levels. The developed system achieves a post-processed generation rate of 1.0 $Gbps$ in operation and attains a Technology Readiness Level (TRL) of 7, approaching TRL 8, making it suitable for real-time secure applications such as cryptographic key generation and stochastic modeling.
• Abstract（参考訳）: ランダムナンバージェネレータ(RNG)は、暗号化からシミュレーションまで、様々なアプリケーションに不可欠である。 乱数発生源により、RNGは擬似乱数発生器(PRNG)、True Random Number Generators(TRNG)、Quantum Random Number Generators(QRNG)に分類される。 この研究は、単一周波数レーザーの量子位相ノイズを突破する高速で高効率、位相ノイズに基づくQRNGシステムのエンドツーエンド開発を、自然発生によるランダム性から導いたものである。 半導体レーザーによる自己ヘテロダイン測定(ライン幅$\approx$5.23$GHz$)をしきい値付近で演算し、$\sim$48$cm$ファイバー遅延線を用いて、生データ生成率2.0$Gbps$を達成する。 QRNG出力における一様ランダム性を確保するため、Teplitz Strong Extractor (TSE)のような社内で開発されたロバスト抽出技術が用いられている。 NISTとDiehardテストスイートを使用したランダム性検証は、すべての統計テストが標準信頼度レベルを通過していることを確認する。 本システムでは,暗号鍵生成や確率的モデリングなど,リアルタイムなセキュアなアプリケーションに適した処理後生成率1.0$GbpsのTRL(Technology Readiness Level)を実現する。

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