Resumen. La economía digital se sostiene sobre confianza, y esa confianza empieza en los cimientos invisibles de la infraestructura: la entropía. En Quside desarrollamos generadores cuánticos de números aleatorios (QRNGs) de Nivel 4, el estándar que no solo produce bits aleatorios, sino que los mide, verifica y monitoriza en tiempo real. Esta visión de infraestructura de confianza global se materializa en un trabajo muy concreto : elegir la plataforma de Fosfuro de Indio (InP) y procesos de fabricación estándar para integrar circuitos fotónicos a nivel de chip, validar cada dado en pruebas de oblea (WLT) y utilizar un empaquetado Quad Flat No-Lead (QFN) comercial que permite escalar la producción con estabilidad y repetibilidad.
Infraestructura de confianza digital, cimentada en buena entropía
Cada transacción, clave o sesión depende de un ingrediente común: aleatoriedad fuerte. Si la entropía falla, todo el sistema hereda ese fallo. Por eso hablamos de cuatro niveles de madurez en generación de aleatoriedad: desde la ilusión (Nivel 1) hasta la incertidumbre cuantificada y verificada (Nivel 4). Este último es el que realmente da soporte a infraestructuras críticas como HSM, KMS, data centers o despliegues post-quantum.
Los 4 niveles de aleatoriedad, de la ilusión al control medido
– Nivel 1, ilusión. Valores fijos o repetidos. Desastre garantizado.
– Nivel 2, oportunista. Entradas humanas o del sistema, útil solo como suplemento.
– Nivel 3, caos diseñado. TRNG con osciladores en anillo, diodos de avalancha o QRNG, fuerte pero con puntos ciegos si solo se valida con estadística.
– Nivel 4, incertidumbre cuantificada. Fuentes físicas dedicadas con modelado explícito de entropía, estimación en tiempo real y verificación continua. Es el estándar de oro para entornos de alta exigencia.
monitoriza y se puede auditar con evidencia.
En Quside nos posicionamos en el Nivel 4 porque no asumimos la entropía, la medimos, la modelamos y la auditamos. Y lo hacemos desde la base física, en el propio chip.
La elección tecnológica: InP para fotónica integrada
Nuestra tecnología de QRNG se basa en el proceso de difusión de fase en láseres semiconductores, un fenómeno óptico genuinamente impredecible. Para integrarlo a escala, hemos apostado por la plataforma de fosfuro de indio (InP):
– Integración nativa de láseres y detectores. El ecosistema InP permite combinar en el mismo circuito integrado fotónico los láseres y los fotodetectores de alta velocidad, reduciendo complejidad y costes de empaquetado.
– Velocidad y relación señal-ruido. La plataforma de InP soporta operación a frecuencias elevadas, lo que nos permite alcanzar tasas de generación de entropía en el rago de Gbit/s con baja latencia y excelente relación señal-ruido.
Madurez y estabilidad de proceso. El uso de procesos estandardizados en InP permite un mejor control frente a variaciones de fabricación, lo que facilita alcanzar altos niveles de reproducibilidad y fiabilidad. En este marco, el chip actúa como fuente física de entropía analógica. Dicha señal debe ser posteriormente digitalizada y procesada mediante un extractor criptográfico, acompañado de pruebas de health monitoring continuas conforme a lo descrito en el estándar NIST SP800-90. De este modo, el sistema no solo genera bits aleatorios, sino que proporciona evidencias en tiempo real de la calidad de la entropía generada.
Validación desde la oblea: WLT orientado a entropía
Un paso esencial en el camino hacia Nivel 4 es la validación de los chips a nivel oblea, Wafer- Level Testing (WLT). En esta etapa aseguramos que el proceso de fabricación se haya realizado correctamente. Mediante pruebas específicas identificamos y descartamos chips con fallos eléctricos o fotónicos, garantizando que solo los dispositivos funcionales avancen a las siguientes fases cumpliendo con los requisitos de calidad de señal y estabilidad que después permitirán alcanzar una entropía de confianza. La validación de su comportamiento como fuente de entropía se realiza posteriormente, una vez encapsulados e integrados en un módulo de prueba dedicado.
En esta etapa utilizamos un proceso de análisis automatizado que genera un mapa de chips funcionales en cada oblea, diferenciando de forma clara cuáles están listos para integración y cuáles quedan fuera de rango. Este enfoque nos permite garantizar que, ya desde el inicio de la cadena de producción, solo avanzan aquellos dispositivos capaces de ofrecer el nivel de seguridad esperado.
Con esta metodología, la calidad no se valida únicamente al final del ciclo, sino que se asegura desde el origen, lo que aporta consistencia en el rendimiento, escalabilidad en la fabricación y trazabilidad completa desde la oblea hasta el sistema final.
Escalabilidad: empaquetado QFN para volumen y estabilidad
Para llevar estos QRNG de laboratorio a despliegues masivos, el empaquetado es crítico. Hemos optado por encapsular nuestros chips en formato QFN, un estándar ampliamente utilizado en microelectrónica. Aunque se trata de un dispositivo fotónico, su diseño no requiere fibras ópticas, lo que permite aprovechar procesos de empaquetado electrónicos convencionales.
El uso de QFN nos ofrece ventajas clave:
– Gestión térmica optimizada, gracias a la almohadilla expuesta que estabiliza el punto de operación del chip.
– Bajos parásitos eléctricos, fundamentales para mantener la calidad de señal en aplicaciones de alta velocidad.
– Escalabilidad industrial en costes y volumen, ya que este formato es plenamente compatible con líneas SMT de gran producción.
De este modo, el chip fotónico empaquetado en QFN se convierte en una fuente física de ruido cuántico fiable y reproducible. La conversión en un QRNG completo se logra en módulos posteriores, donde se añaden la electrónica de lectura, la digitalización, los extractores criptográficos y las funciones de validación de entropía, conforme a los estándares internacionales como NIST SP800-90B.
De la oblea al data center: cómo se conecta todo
El resultado de este proceso es una familia de módulos QRNGs que operan a velocidades de Gbit/s, con telemetría integrada y evidencia de entropía auditable. Las fuentes de entropía en chips fotónicos alimentan desde tarjetas PCIe para data centers hasta módulos integrables en HSM y plataformas de cloud, convirtiéndose en el cimiento de la nueva infraestructura de confianza digital.
Conclusión
La infraestructura de confianza del futuro no se construye sobre supuestos, se construye sobre evidencias. Apostar por InP, integrar metrología en el chip, validar en la oblea con WLT y empaquetar en QFN nos ha permitido escalar QRNGs de Nivel 4 desde el laboratorio hasta la producción industrial. En Quside creemos que este trabajo de base en semiconductores es lo que permitirá que la confianza digital siga siendo posible tanto en el presente como en la era post- quantum.
Domenico Tulli (Cofundador y CTO) y Ferran Bardaji (COO)