日前，北京大學電子學院王興軍教授、常林研究員、舒浩文研究員聯(lián)合團隊在Nature Communications雜志在線發(fā)表文章“Harnessing microcomb-based parallel chaos for random number generation and optical decision making”。文章驗證了基于混沌微腔光梳的大規(guī)模并行混沌信號產(chǎn)生方案，解決傳統(tǒng)混沌系統(tǒng)缺乏高速并行混沌源的瓶頸問題，首次與硅基光電子功能芯片結合，聯(lián)合實現(xiàn)了片上超大容量的并行真隨機數(shù)產(chǎn)生，并在光學決策應用場景進行演示驗證，有望為下一代集成光電子信息系統(tǒng)提供基于并行混沌的全新信息處理工具箱。該技術的實現(xiàn)對于高速安全通信的跨越式發(fā)展具有關鍵意義。 Q!fk|D+j  

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混沌特性描述了非線性動力學系統(tǒng)對初值的敏感性，是非線性學科中的重要基礎科學問題，同時，混沌系統(tǒng)在現(xiàn)代信息領域有著諸多重要應用，如在通信領域，通過在收發(fā)雙端搭建同步混沌系統(tǒng)，可以利用混沌系統(tǒng)輸出的混沌信號生成密鑰或掩碼，實現(xiàn)保密通信；在計算等領域，利用混沌系統(tǒng)的初值敏感特性，可將混沌信號作為熵源提取隨機數(shù)，用于蒙特卡洛仿真、強化學習等計算任務；混沌信號在傳感等領域也有著重要應用價值，如基于混沌激光可實現(xiàn)超分辨成像技術、多入多出（MIMO）雷達、隨機調制（RMCW）激光雷達等。目前人們已經(jīng)可以采用電學或光學方案產(chǎn)生高質量的混沌信號，但其分別在速率和并行度上受到系統(tǒng)架構限制，難以滿足未來系統(tǒng)的高吞吐量需求。 [/cJc%{N  
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高速并行化是信息系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，基于光混沌的混沌系統(tǒng)能夠利用光學系統(tǒng)超大的帶寬，實現(xiàn)高速混沌信號產(chǎn)生，但傳統(tǒng)方案的光混沌難以實現(xiàn)低成本的并行混沌信號產(chǎn)生�；煦�激光器是目前最為廣泛使用的光混沌信號產(chǎn)生方案，但并行混沌激光輸出在每一路信號發(fā)射端均需使用至少一個激光器，且激發(fā)混沌狀態(tài)需要構建反饋回路，器件與部署成本限制了混沌激光器的并行化空間�；�于空間光學的混沌系統(tǒng)可以利用空分復用技術產(chǎn)生多路混沌信號輸出，但整體系統(tǒng)需要使用大體積的空間光學元件，難以集成，無法依托集成平臺實現(xiàn)低成本、大批量的并行混沌信號產(chǎn)生。因此，基于混沌的應用系統(tǒng)亟需可實現(xiàn)大規(guī)模集成的并行化混沌信號產(chǎn)生系統(tǒng)。 G#^6H]`[J:  
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在該工作中，研究團隊驗證了混沌微腔光梳用作大規(guī)模并行混沌源的可行性。混沌微腔光梳是微腔光梳的一種特殊狀態(tài)，通過使用連續(xù)光激光器泵浦光學微腔便可產(chǎn)生，其在光頻域或波長域上表現(xiàn)為等間距的頻率梳，每根梳齒上載有混沌信號。通過利用集成AlGaAsOI平臺中的超高非線性效應，在百毫瓦泵浦光功率下每根梳齒產(chǎn)生的混沌信號的混沌帶寬可與單個混沌激光器相當。研究團隊研究測量了各通道混沌信號間的相關性，證明了混沌光梳的通道間相關性可低于0.04，是一個非常優(yōu)異的并行混沌源。研究團隊進一步利用混沌微腔光梳在高速并行真隨機數(shù)生成與光學決策系統(tǒng)中進行了演示應用驗證。該工作為集成混沌信息系統(tǒng)提供了新的發(fā)展方向，有望開拓基于光混沌的保密通信、傳感、計算等領域的新技術。 zt )WX9  
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該論文的共同第一作者為北京大學電子學院2019級博士研究生沈碧濤和舒浩文。王興軍、常林和舒浩文為論文的通訊作者。主要合作者還包括上海交通大學謝衛(wèi)強副教授、北京大學電子學院博士后陳睿軒、博士研究生張緒光、王藝蒙，中國科學院半導體研究所劉智副研究員、成步文研究員，北京大學長三角光電科學研究院葛張峰助理研究員，北京大學深圳研究生院博士研究生張云皓。鵬城實驗室余少華院士參與本工作并給予了重要指導。該工作由北京大學電子學院區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室作為第一單位完成。 0?g&