图 基于大规模并行混沌源的片上集成系统概念图
在国家自然科学基金项目（批准号：62235002、12204021）资助下，北京大学王兴军教授团队对基于微腔光梳中的混沌状态与应用开展系列研究，研究成果以“将基于微腔光梳的并行混沌源用于随机数生成与光学决策（Harnessing microcomb-based parallel chaos for random number generation and optical decision making）”为题，于2023年7月31日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上，论文链接https://www.nature.com/articles/s41467-023-40152-w。
混沌特性描述了非线性动力学系统对初值的敏感性，是非线性学科中的重要基础科学问题，同时，混沌系统在通信、计算、传感等领域有着重要应用价值。目前产生高质量混沌信号的方案在速率和并行度上受到系统架构限制，难以满足未来系统的高吞吐量需求。高速并行化是信息系统发展的必然趋势。利用混沌激光器实现并行化受到大量器件与电路部署成本限制，同时，基于空间光学的混沌系统需要使用大体积的空间光学元件，难以集成。因此，基于混沌的应用系统亟需可实现大规模集成的并行化混沌信号产生系统。
在该工作中，研究团队验证了混沌微腔光梳用作大规模并行混沌源的可行性。混沌微腔光梳是微腔光梳的一种特殊状态，通过使用连续光激光器泵浦光学微腔便可产生，其在光频域或波长域上表现为等间距的频率梳，每根梳齿上载有混沌信号。通过利用硅基铝镓砷材料光子集成平台中的超高非线性效应，在百毫瓦泵浦光功率下每根梳齿产生的混沌信号的混沌带宽可与单个混沌激光器相当。研究团队研究测量了各通道混沌信号间的相关性，验证了作为并行混沌源的可行性。研究团队进一步利用混沌微腔光梳在高速并行真随机数生成与光学决策系统中进行了演示应用验证（图）。