Les scientifiques ont présenté la méthode la plus rapide pour la génération de nombres aléatoires quantiques
Les scientifiques de NUST MISIS, le Centre quantique russe, dans le cadre d'un groupe de recherche international, ont développé le générateur de nombres aléatoires quantiques le plus rapide et le plus abordable. L'appareil créé génère des nombres aléatoires à une vitesse de 8,05 Go par seconde et confirme leur nature aléatoire en temps réel. La technologie peut constituer la base de la production de générateurs de nombres aléatoires commerciaux utilisés en cryptographie et pour la modélisation de systèmes complexes. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Physics Review X.
Les générateurs de nombres aléatoires sont une partie importante de nombreux algorithmes, y compris les algorithmes de cryptage et de simulation numérique. Ils sont également utilisés dans le développement de jeux informatiques et de machines à sous. L'utilisation de la génération de nombres aléatoires vous permet de créer des «clés» de chiffrement pour protéger les informations en transit. De plus, les générateurs de nombres aléatoires peuvent considérablement améliorer les capacités de l'intelligence artificielle.
Dans le même temps, bien que les nombres générés par l'ordinateur puissent sembler aléatoires à première vue, ils ne peuvent pas être qualifiés de vraiment aléatoires. Cela signifie que dans de nombreux cas, il est encore possible de prédire le nombre que l'ordinateur donnera. Ainsi, la nature non aléatoire des nombres aléatoires est un facteur de risque lors de la création de protocoles de cryptage pour protéger les informations.
À la recherche d'une solution à ce problème, les scientifiques se tournent de plus en plus vers les méthodes de la mécanique quantique, car les résultats des mesures quantiques ne peuvent être prédits avec certitude, ce qui leur permet de générer des nombres que l'on peut qualifier de vraiment aléatoires.
La nouvelle méthode de génération de nombres vraiment aléatoires, proposée par des scientifiques du NUST MISIS, du RCC, de l'Université d'Oxford, du Goldsmiths College et de l'Université libre de Berlin, est basée sur l'utilisation des propriétés quantiques des photons. Les nombres produits par le générateur optique qu'ils ont développé sont certifiés en temps réel pour confirmer le caractère quantique de leur génération.
Les processus quantiques permettent de générer des nombres dont le caractère aléatoire est garanti par les lois de la physique. Les dispositifs de génération de nombres aléatoires développés sur la base des principes quantiques ont un certain nombre d'applications pratiques importantes, - souligne Alexey Fedorov, l'un des auteurs de l'étude, chef du groupe scientifique RCC, chef du laboratoire du NTI Quantum Communications Center à NUST MISIS.
Au cours de l'expérience, les scientifiques ont dirigé le rayonnement d'une source, considérée comme non fiable, vers l'un des deux ports d'entrée du séparateur de faisceau, tandis que le second port restait vide, "prenant" le vide comme entrée. Des détecteurs ont été installés aux sorties du séparateur de faisceaux, qui a enregistré le nombre de photons qui les entraient. Étant donné que chaque photon arrivant à un séparateur de faisceau symétrique peut être détecté avec la même probabilité à l'une des deux sorties du séparateur de faisceau, la différence du nombre de photons arrivant aux détecteurs ne peut pas être prédite - c'est une valeur aléatoire.
Pour assurer la fiabilité de cette méthode de génération de nombres aléatoires, les chercheurs ont également mesuré le nombre de photons dans la source lumineuse entrante. Il ne devrait pas y en avoir trop peu - dans ce cas, le nombre d'événements imprévisibles possibles ne sera pas suffisant pour confirmer la vraie nature du caractère aléatoire. Il ne doit pas non plus y en avoir trop, sinon les détecteurs satureront et les résultats de mesure deviendront prévisibles.
Au cours de l'expérience, les scientifiques ont créé un appareil qui génère non seulement des nombres aléatoires à une vitesse de 8,05 Go par seconde, ce qui en fait le plus rapide de ces appareils, mais garantit également la nature aléatoire de ces nombres en temps réel. Les prototypes de tels appareils créés avant cela avaient une vitesse de plusieurs ordres de grandeur inférieure. Pour l'expérience, un système spécial a été créé pour un post-traitement rapide des résultats de mesure.
Selon les auteurs de l'étude, en raison de ce processus de certification, combiné à l'utilisation des composants disponibles, la technologie qu'ils ont développée pourrait constituer la base de la production de générateurs de nombres aléatoires commerciaux avec un large éventail d'applications. La vitesse élevée, l'aspect pratique et la fiabilité peuvent fournir à l'appareil une large application dans la cryptographie, l'informatique, les statistiques, la recherche scientifique et d'autres domaines.
Par exemple, Samsung a récemment lancé un téléphone mobile avec un générateur de nombres aléatoires quantiques, qui indique la demande de cette technologie sur le marché de masse.