日前，北京大學(xué)電子學(xué)院王興軍教授、常林研究員、舒浩文研究員聯(lián)合團(tuán)隊(duì)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(yàn)證了基于混沌微腔光梳的大規(guī)模并行混沌信號(hào)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(jié)合，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了片上超大容量的并行真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，并在光學(xué)決策應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行演示驗(yàn)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(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于高速安全通信的跨越式發(fā)展具有關(guān)鍵意義。 |5bLV^mv]i  
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混沌特性描述了非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)對(duì)初值的敏感性，是非線性學(xué)科中的重要基礎(chǔ)科學(xué)問題，同時(shí)，混沌系統(tǒng)在現(xiàn)代信息領(lǐng)域有著諸多重要應(yīng)用，如在通信領(lǐng)域，通過(guò)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(hào)生成密鑰或掩碼，實(shí)現(xiàn)保密通信；在計(jì)算等領(lǐng)域，利用混沌系統(tǒng)的初值敏感特性，可將混沌信號(hào)作為熵源提取隨機(jī)數(shù)，用于蒙特卡洛仿真、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等計(jì)算任務(wù)；混沌信號(hào)在傳感等領(lǐng)域也有著重要應(yīng)用價(jià)值，如基于混沌激光可實(shí)現(xiàn)超分辨成像技術(shù)、多入多出（MIMO）雷達(dá)、隨機(jī)調(diào)制（RMCW）激光雷達(dá)等。目前人們已經(jīng)可以采用電學(xué)或光學(xué)方案產(chǎn)生高質(zhì)量的混沌信號(hào)，但其分別在速率和并行度上受到系統(tǒng)架構(gòu)限制，難以滿足未來(lái)系統(tǒng)的高吞吐量需求。 m[^lu1\wn  
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高速并行化是信息系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于光混沌的混沌系統(tǒng)能夠利用光學(xué)系統(tǒng)超大的帶寬，實(shí)現(xiàn)高速混沌信號(hào)產(chǎn)生，但傳統(tǒng)方案的光混沌難以實(shí)現(xiàn)低成本的并行混沌信號(hào)產(chǎn)生�；煦�激光器是目前最為廣泛使用的光混沌信號(hào)產(chǎn)生方案，但并行混沌激光輸出在每一路信號(hào)發(fā)射端均需使用至少一個(gè)激光器，且激發(fā)混沌狀態(tài)需要構(gòu)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(xué)的混沌系統(tǒng)可以利用空分復(fù)用技術(shù)產(chǎn)生多路混沌信號(hào)輸出，但整體系統(tǒng)需要使用大體積的空間光學(xué)元件，難以集成，無(wú)法依托集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)低成本、大批量的并行混沌信號(hào)產(chǎn)生。因此，基于混沌的應(yīng)用系統(tǒng)亟需可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成的并行化混沌信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。 xWxc1tT`  
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在該工作中，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了混沌微腔光梳用作大規(guī)模并行混沌源的可行性�；煦缥⑶还馐崾俏⑶还馐岬囊环N特殊狀態(tài)，通過(guò)使用連續(xù)光激光器泵浦光學(xué)微腔便可產(chǎn)生，其在光頻域或波長(zhǎng)域上表現(xiàn)為等間距的頻率梳，每根梳齒上載有混沌信號(hào)。通過(guò)利用集成AlGaAsOI平臺(tái)中的超高非線性效應(yīng)，在百毫瓦泵浦光功率下每根梳齒產(chǎn)生的混沌信號(hào)的混沌帶寬可與單個(gè)混沌激光器相當(dāng)。研究團(tuán)隊(duì)研究測(cè)量了各通道混沌信號(hào)間的相關(guān)性，證明了混沌光梳的通道間相關(guān)性可低于0.04，是一個(gè)非常優(yōu)異的并行混沌源。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用混沌微腔光梳在高速并行真隨機(jī)數(shù)生成與光學(xué)決策系統(tǒng)中進(jìn)行了演示應(yīng)用驗(yàn)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(jì)算等領(lǐng)域的新技術(shù)。 &EfQ%r}C  
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該論文的共同第一作者為北京大學(xué)電子學(xué)院2019級(jí)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(xué)謝衛(wèi)強(qiáng)副教授、北京大學(xué)電子學(xué)院博士后陳睿軒、博士研究生張緒光、王藝蒙，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所劉智副研究員、成步文研究員，北京大學(xué)長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院葛張峰助理研究員，北京大學(xué)深圳研究生院博士研究生張?jiān)起�。鵬城實(shí)驗(yàn)室余少華院士參與本工作并給予了重要指導(dǎo)。該工作由北京大學(xué)電子學(xué)院區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為第一單位完成。 m1l6QcT1  
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