211service.com
Kvantinis triukšmas sulaužo atsitiktinių skaičių generatoriaus įrašą
Atsitiktiniai skaičiai yra naudingi žvėrys, ypač kriptografams, kurie juos naudoja savo kodams generuoti.
Bet kaip geriausia padaryti atsitiktinius skaičius naudingu greičiu? Klausimas yra glaudžiai susijęs su atsitiktinumo prigimtimi. Vienas iš būdų yra pasikliauti kompiuteriu, kad užduotį atliktų naudojant algoritmą, generuojantį skaičius, kurie atrodo ir atrodo atsitiktiniai. Pavyzdžiui, pi skaitmenys atrodo atsitiktiniai, tačiau juos galima sugeneruoti naudojant paprastą algoritmą.
Matematikai su šiais vadinamaisiais pseudoatsitiktiniais skaičiais elgiasi atsargiai. Viena iš priežasčių, kodėl jie vertina atsitiktinius skaičius, yra ta, kad jų negalima generuoti jokiu loginiu procesu: viskas, ką galima apskaičiuoti, pavyzdžiui, pi, aiškiai nepatenka į šią kategoriją. Kriptografai ypač nori kodų, kurių negalėtų apskaičiuoti pasiklausytojas, turintis pakankamai galingą kompiuterį.
Šiuo metu sutariama, kad geriausias atsitiktinumo šaltinis yra kvantinis pasaulis, kuriame karaliauja neapibrėžtumas. Neseniai pažiūrėjome, koks geras yra šis atsitiktinumas. Bet koks fizikinių dydžių, tokių kaip padėtis, impulsas, elektrinis laukas, vertės neapibrėžtumas tiks.
Vienas iš būdų išnaudoti šį neapibrėžtumą yra siųsti fotonus link pusiau sidabruoto veidrodžio ir išmatuoti, ar jie atsispindi, ar perduodami. Gauta 0 ir 1 seka turėtų būti tikrai atsitiktinė.
Problema čia yra greitis, kuriuo galima generuoti tikrai atsitiktinius skaičius. Komerciniai prietaisai kurie tokiu būdu dirba su pusiau sidabriniais veidrodžiais, generuoja atsitiktinius skaičius iki 16 Mbit per sekundę greičiu.
Šiandien Yu Liu ir bičiuliai Pekino universitete Kinijoje atskleidžia būdą, kaip tai žymiai pagreitinti. Jų idėja yra panaudoti fazinį triukšmą lazeryje atsitiktiniams skaičiams generuoti.
Fazinis triukšmas yra kvantinių neapibrėžčių, susijusių su fotonų spontanišku spinduliavimu lazerio viduje, rezultatas, pavyzdžiui, dėl vakuuminių elektrinio lauko svyravimų. Dėl to fotonai išspinduliuojami labai mažais dažniais.
Liu ir bendradarbiai naudoja šį nedidelį dažnio pokytį, kad sukurtų ritmo signalą, uždelsdami dalį lazerio šviesos ir trukdydami ją vėlesniam išėjimui. Tada jie paima ritmo signalą naudodami analoginį skaitmeninį keitiklį.
Po nedidelio matematinio valymo, gauta skaičių seka išlaiko daugybę standartinių atsitiktinumo testų, o Liu su draugais gali ištarti ją tikrai atsitiktinai.
Įspūdinga ši technika yra pasiekiama duomenų perdavimo sparta. Liu ir bendradarbiai reikalauja iki 300 Mbit per sekundę duomenų perdavimo spartos. Ir kadangi vertikalios ertmės lazeris, kurį jie naudoja šiam tikslui, gali būti gana lengvai integruotas į šiuolaikines elektronines grandines, niekas netrukdo jį beveik iš karto naudoti komercinėms reikmėms.
Tai nėra greičiausias atsitiktinių skaičių generatorius – šis rekordas priklauso Izraelio komandai, kuri neseniai pasiekė 3 Gbits per sekundę, naudodama chaotišką lazerio išvestį. Tai geras, bet ne kvantinis atsitiktinumas, kuris daugeliui fizikų yra auksinis standartas.
Anksčiau šį mėnesį JAV komanda pareiškė, kad rekordas yra greičiausias kvantinis atsitiktinis skaičius 100 Mbit per sekundę, remiantis intervalais tarp fotonų atvykimo į detektorių.
Dabar, praėjus vos kelioms dienoms, kinai padarė dar geriau. Tai turėtų paskatinti įdomią skaičių mūšį su kitais atsitiktinių skaičių tiekėjais dėl to, kas greičiausiai gali sukurti aukščiausios kokybės atsitiktinumą. Pasiruoškite mūšiui!
Nuoroda: arxiv.org/abs/1006.3512 : Tikrai atsitiktinių skaičių generavimas naudojant entropijos stiprinimą