High-Speed Random Number Generation and Key Distribution in Fiber Networks Using Amplified Spontaneous Emission

放大自发辐射 量子密钥分配 随机性 密钥生成 随机数生成 电子工程 计算机科学 材料科学 光学 光电子学 物理 算法 密码学 数学 光子 激光器 统计 工程类
作者
Xinran Huang,Zhi Chai,Mingye Li,Liuming Zhang,Zanwei Shen,Weiqiang Sun,Xuelin Yang
标识
DOI:10.1109/icton59386.2023.10207266
摘要

Amplified spontaneous emission (ASE) noise with inherent quantum nature is promising for true random number generator (TRNG) and secure key generation and distribution (SKGD). A high-speed TRNG and a physical-layer SKGD scheme are proposed and demonstrated using the polarization dynamics of an ASE source. The ASE-based randomness is enhanced in TRNG using digital signal processing on the two orthogonal polarization modes, while the fluctuation of the state of polarization (SOP) in ASE is applied as the random source in SKGD. A 16.8 Tb/s TRNG is successfully demonstrated with spectrum slicing of ASE. An error-free SKGD with a key generation rate (KGR) of 10.1 Gb/s is demonstrated over a 10-km standard single-mode fiber channel.

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