新加坡国立大学设计与工程学院科研团队在量子安全领域取得关键进展，成功研制出全球首款具备自检测功能的硅光子量子随机数生成器芯片。该成果突破了传统随机数生成器对硬件完整性的绝对依赖，为数字安全系统构建起可验证的量子级防护屏障，相关研究已发表于国际权威期刊《PRX Quantum》。
在数字安全体系中，随机数生成器作为加密密钥、数字签名和安全交易的核心组件，其不可预测性直接决定着整个系统的防护强度。传统技术路线，包括量子随机数生成方案，均要求用户无条件信任硬件制造商对探测器特性的标定参数。然而随着设备老化或潜在恶意篡改，探测器输出偏差可能悄然累积，在量子计算时代，这种硬件漏洞可能成为攻击者突破安全防线的突破口。
研究团队通过重构量子随机数生成机制彻底解决了这一隐患。新芯片采用"输入可信-输出验证"的创新架构，仅需确保光源量子态的可靠性，而无需依赖光电探测器的绝对准确。在运行过程中，芯片持续制备并测量预设量子光态，通过实时比对测量结果与量子理论预测值，形成硬件完整性动态评分系统。当检测数据符合安全标准时，系统自动提取认证随机比特；一旦发现异常立即终止运行，形成闭环安全防护。
该芯片在工艺实现上取得多项突破。科研人员采用八英寸标准硅晶圆集成技术，将信号编码器与探测器整合于单一芯片，实现室温稳定运行，彻底摆脱了传统量子设备对低温冷却系统的依赖。针对硅基光调制器的相位-亮度耦合效应，团队开发出非线性驱动补偿方案，通过调制器自身特性抵消干扰，确保量子态纯度达到实验要求。测试数据显示，芯片探测器效率达69.1%，超过协议规定的67%安全阈值，生成的随机数通过新鲜性独立验证。
尽管当前实验样机每秒仅能生成64比特随机数，较传统设备存在数量级差距，但其安全等级已达到芯片级最高标准。研究团队指出，速度瓶颈主要源于探测器效率限制。通过引入已验证的92.4%效率新型光电二极管进行模拟，预计可将生成速率提升至每秒68兆比特，较现有水平实现五个数量级的跨越。这种"安全优先、逐步提效"的技术路线，为高敏感领域提供了可靠的安全解决方案。
该技术的突破性价值在于构建起主动防御的安全范式。不同于传统被动检测机制，芯片通过持续自检形成动态安全屏障，可有效防范硬件篡改、老化漂移等潜在风险。其应用场景覆盖金融交易认证、政务系统加密、医疗数据保护及物联网设备安全等关键领域，为应对量子计算威胁提供了可落地的技术路径。随着芯片集成度与运行效率的持续提升，这项技术有望成为数字基础设施安全体系的核心组件。
