フラウンホーファー光子マイクロシステム研究所IPMSは、4.1Gbit/sを超えるデータレートで真の乱数を提供するよう設計された高性能量子乱数生成器(QRNG)、[Q-Dice](https://www.ipms.fraunhofer.de/content/dam/ipms/common/products/applications/Fraunhofer%20IPMS%20-%20QDice-Quantum%20Ramdom%20Number%20Generation%20(QRNG).pdf)の開発を発表した。構造的な予測可能性の脆弱性をもたらす可能性のある従来の決定論的ソフトウェアアルゴリズムを超えて、このシステムは量子真空揺らぎ—空間中で発生する電磁エネルギーの自発的で予測不可能な変動—の精密な物理測定を実行することにより、真の数学的エントロピーを分離する。このアーキテクチャは、古典的コンピューティングと量子コンピューティングの両方の脅威に対して通信ネットワークを将来にわたって保護するよう設計された、偏りのない暗号基盤を提供する。
厳格な品質管理と長期的な運用安定性を確保するため、フラウンホーファーIPMSはドイツ・ドレスデンのデータ通信・コンピューティング施設において、すべての中核製造、エンジニアリング、システム統合能力を社内で維持している。エンドツーエンドの開発サイクルは、4つの主要な技術的柱にわたっている:
- レーザーおよび光学フロントエンド設計：安定した低ノイズの量子刺激場を構築し、再現可能な真空揺らぎ信号を生成する。
- アナログフロントエンド（AFE）センシング：微小な電磁変動を分離できる高感度かつ超低ノイズの検出回路を配置する。
- 高速データ取得：高速アナログ-デジタル変換器（ADC）とField Programmable Gate Array（FPGA）処理コアを組み合わせて活用し、生のエントロピーを抽出し、アルゴリズムによる後処理を行う。
- システム統合：標準的な10 Gbit/sイーサネット接続のダウンリンクを備えた高スループット計算ラックにハードウェアをパッケージ化する。
データ通信・コンピューティング部門のディレクターであるアレクサンダー・ノアック博士が主導するQ-Diceプラットフォームは、現代のマイクロエレクトロニクスを統括する最も厳格な規制基準を満たすために明示的に開発された。この生成器の乱数ビット出力は、NIST SP 800-22フレームワークやドイツ連邦情報セキュリティ庁(BSI)のAIS 20/31標準を含む国際的に認められたテストスイートを通じて完全に検証されている。PTG 3(物理真性乱数生成器)の物理セキュリティ分類とEAL 3の評価保証レベルを達成しており、政府、軍事、金融、通信インフラなどの重要な施設内への展開に対する準備が整っていることが認証されている。
フラウンホーファーIPMSは、2つの異なる運用提供方法を通じてこの技術を商業化している:
- Q-Dice Hardware Appliance: プラグアンドプレイ対応の19インチラックマウント可能なシステムで、ローカライズされた企業データセンターや高スループットのエンタープライズインフラストラクチャ内部への物理的な統合を想定して設計されています。
- Online QRNG on Demand (Entropy-as-a-Service): クラウド連携型のAPI駆動ソフトウェアサービスで、研究者、開発者、システムインテグレーターが量子生成された真の乱数をウェブ経由で購入し、安全にストリーミングできるようにします。これにより、初期のアプリケーションプロトタイピング段階におけるオンプレミスハードウェアのオーバーヘッドを解消します。
基盤となる物理ノイズエンジンは、統合CBQD(チップベース量子乱数デバイス)プロジェクトやQuant-ID(デジタル未来のための量子セキュア認証)コンソーシアムを含む、さまざまな国家資金による安全な認証イニシアチブの基盤技術として機能している。これらのイニシアチブは、高速ポスト量子暗号(PQC)検証鍵と安全なユーザー認証プロトコルの開発に焦点を当てている。フラウンホーファーIPMSは、業界パートナー、商業ベンダー、量子ネットワーク統合事業者を招待し、カスタムハードウェアフォームファクターを共同開発し、実世界のエッジ配備ケースを検証する公開パイロットプログラムを開始した。
システムスループット限界とハードウェア検証基準を詳述した公式の同期製品リリースは、フラウンホーファーIPMSプレスセンターで確認できる。基盤となる真空物理学、信号抽出アーキテクチャ、現在のEU支援チップ開発研究のタイムラインを追跡する包括的な内訳については、フラウンホーファーIPMS量子通信インデックスを参照されたい。
2026年6月22日
