We kunnen ons voorstellen dat elektrische stroom vloeit als een vloeiende, zelfs stroom van elektronen door onze elektronische apparaten, maar op de kwantumschaal zou de stroom van elektrische stroom nauwkeuriger kunnen worden afgebeeld als een borrelende beek met veel kleine rimpelingen. Deze rimpelingen kunnen worden veroorzaakt door enkelvoudige elektroneneffecten, die ontstaan ​​door de afstoting van elektronen die in zeer kleine ruimtes zijn opgesloten, zoals trap-sites in transistors. Single-electron effecten kunnen leiden tot kleine veranderingen in de stroom-spanningskarakteristieken van deze apparaten.

Aangezien trapsites in feite kleine defecten zijn die willekeurig op een oncontroleerbare manier worden verdeeld tijdens de fabricage, het nummer, plaats, en energieniveaus van trapsites verschillen voor elke transistor. Als resultaat, enkelvoudige elektroneneffecten leiden tot een unieke wijziging in de stroom-spanningskarakteristieken, waardoor elke transistor effectief een unieke "vingerafdruk" krijgt.

Onlangs, onderzoekers hebben onderzocht hoe deze kwantumvingerafdrukken ooit kunnen worden gebruikt als een goedkope vorm van ID om de persoonlijke informatie van gebruikers te beschermen voor technologieën in het opkomende netwerk van op internet aangesloten apparaten dat bekend staat als het internet der dingen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven , natuurkundigen T. Tanamoto en Y. Nishi bij de Toshiba Corporation in Kawasaki, Japan, en K. Ono bij RIKEN in Saitama, Japan, hebben aangetoond dat effecten van één elektron kunnen worden gedetecteerd door beeldherkenningsalgoritmen en worden gebruikt voor identificatie en beveiliging van computerchips.

"Tot dusver, er bestaat geen wijdverbreide toepassing voor apparaten met één elektron, "Tanamoto vertelde" Phys.org . "Ons onderzoek opent een andere manier om het single-electron-effect te gebruiken:als beveiligingsapparaat. Het belang van beveiliging wordt met de dag groter."

Zoals de natuurkundigen uitleggen, de vingerafdruk van een elektronisch apparaat kan worden gezien als een fysiek niet-kloneerbare functie (PUF). Als een menselijke vingerafdruk, PUF's zijn gebaseerd op unieke, natuurlijk voorkomende fysieke variaties en kunnen niet worden overgedragen naar andere apparaten. In aanvulling, PUF's behouden hun belangrijkste kenmerken gedurende de hele levensduur van het apparaat, ondanks enige degradatie als gevolg van verouderingseffecten.

In hun werk, de natuurkundigen pasten algoritmen voor het matchen van afbeeldingen toe om verschillende stroom-spanningskenmerken te identificeren die Coulomb-diamanten worden genoemd. De Coulomb-diamanten worden zo genoemd omdat de gebieden van een stroom-spanningsdiagram waarin stroom wordt onderdrukt door enkelvoudige elektroneneffecten soms de vorm van een diamant hebben. Naarmate het aantal valstrikken toeneemt, de diamantpatronen omdat het complexer is.

Net zoals menselijke vingerafdrukken veranderen afhankelijk van de omstandigheden, zoals nat zijn, droog, of olieachtig, de Coulomb-diamantafbeeldingen kunnen er ook iets anders uitzien wanneer ze onder verschillende omstandigheden worden gemeten. Ondanks deze variaties, de onderzoekers toonden aan dat de momenteel beschikbare algoritmen voor kenmerkdetectie en beeldafstemming met succes de belangrijkste kenmerken (zoals hoeken en randen) kunnen extraheren en onderscheid kunnen maken tussen verschillende Coulomb-diamanten.

Een van de voordelen van de methode is dat hoewel een gemiddelde computerchip tegenwoordig meer dan een miljard transistors bevat, er is slechts een enkele transistor nodig om de vingerafdruk voor de hele chip te genereren. Dit maakt het potentieel haalbaar om deze methode te gebruiken voor praktische apparaten, omdat er maar één transistor hoeft te worden gemeten.

Anderzijds, er zijn nog uitdagingen voordat de methode wordt geïmplementeerd. Voor een ding, de Coulomb-diamanten werden hier gemeten bij cryogene temperaturen van ongeveer 1,5 graad boven het absolute nulpunt. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om effecten van één elektron te meten bij kamertemperatuur, maar momenteel vereist dit vermogen dure fabricageprocessen.

In de toekomst, de natuurkundigen zijn van plan om andere manieren te onderzoeken om transistors van vingerafdrukken te voorzien. Een mogelijkheid is om het spin-qubit-gedrag van elektronen in vallen te meten, omdat verwacht wordt dat dit kwantumgedrag wordt beïnvloed door de vallen. Net als bij single-electron effecten, de unieke en willekeurige verdeling van traps in transistors zal naar verwachting resulteren in een unieke vingerafdruk voor elke transistor. Vooruit gaan, de onderzoekers willen ook manieren onderzoeken om transistorvingerafdrukbeveiliging in toekomstige kwantumcomputers te implementeren.

"Quantumcomputers zijn momenteel een van de grootste problemen, "Zei Tanamoto. "We willen in de toekomst onze quantum-PUF combineren in het beveiligingssysteem van quantumcomputers."

© 2019 Wetenschap X Netwerk