Gli scienziati hanno presentato il metodo più veloce per la generazione di numeri casuali quantistici
Gli scienziati del NUST MISIS, il Russian Quantum Center, come parte di un gruppo di ricerca internazionale, hanno sviluppato il generatore di numeri casuali quantistici più veloce e conveniente. Il dispositivo creato genera numeri casuali a una velocità di 8,05 GB al secondo e conferma la loro natura casuale in tempo reale. La tecnologia può costituire la base per la produzione di generatori di numeri casuali commerciali utilizzati nella crittografia e per la modellazione di sistemi complessi. I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista Physics Review X.
I generatori di numeri casuali sono una parte importante di molti algoritmi, inclusi algoritmi di crittografia e simulazione numerica. Sono anche utilizzati nello sviluppo di giochi per computer e slot machine. L'utilizzo della generazione di numeri casuali consente di creare "chiavi" di crittografia per proteggere le informazioni in transito. Inoltre, i generatori di numeri casuali possono migliorare significativamente le capacità dell'intelligenza artificiale.
Allo stesso tempo, nonostante il fatto che i numeri generati dal computer possano sembrare casuali a prima vista, non possono essere definiti veramente casuali. Ciò significa che in molti casi è ancora possibile prevedere quale numero darà il computer. Pertanto, la natura non casuale dei numeri casuali è un fattore di rischio quando si creano protocolli di crittografia per proteggere le informazioni.
Alla ricerca di una soluzione a questo problema, gli scienziati si rivolgono sempre più ai metodi della meccanica quantistica, poiché i risultati delle misurazioni quantistiche non possono essere previsti con certezza, il che consente loro di generare numeri che possono essere definiti veramente casuali.
Il nuovo metodo per generare numeri veramente casuali, proposto dagli scienziati di NUST MISIS, RCC, Oxford University, Goldsmiths College e Free University of Berlin, si basa sull'uso delle proprietà quantistiche dei fotoni. I numeri prodotti dal generatore ottico che hanno sviluppato sono certificati in tempo reale per confermare la natura quantistica della loro generazione.
I processi quantistici consentono di generare numeri la cui casualità è garantita dalle leggi della fisica. I dispositivi per la generazione di numeri casuali sviluppati sulla base di principi quantistici hanno una serie di importanti applicazioni pratiche, - sottolinea Alexey Fedorov, uno degli autori dello studio, capo del gruppo scientifico RCC, capo del laboratorio del NTI Quantum Communications Center presso NUST MISIS.
Durante l'esperimento, gli scienziati hanno diretto la radiazione da una sorgente, considerata non attendibile, a una delle due porte di ingresso del divisore di fascio, mentre la seconda porta è rimasta vuota, "prendendo" il vuoto come input. I rilevatori sono stati installati alle uscite del divisore di fascio, che ha registrato il numero di fotoni in entrata. Poiché ogni fotone che arriva a un divisore di fascio simmetrico può essere rilevato con la stessa probabilità a una delle due uscite del divisore di fascio, la differenza nel numero di fotoni che arrivano ai rivelatori non può essere prevista: è un valore casuale.
Per garantire l'affidabilità di questo metodo di generazione di numeri casuali, i ricercatori hanno anche misurato il numero di fotoni nella sorgente di luce in entrata. Non dovrebbero essere troppo pochi: in questo caso, il numero di possibili eventi imprevedibili non sarà sufficiente a confermare la vera natura della casualità. Inoltre, non dovrebbero essere troppi, altrimenti i rivelatori si satureranno ei risultati della misurazione diventeranno prevedibili.
Durante l'esperimento, gli scienziati hanno creato un dispositivo che non solo genera numeri casuali a una velocità di 8,05 GB al secondo, il che lo rende il più veloce di tali dispositivi, ma garantisce anche la natura casuale di questi numeri in tempo reale. I prototipi di tali dispositivi creati prima di questo avevano una velocità inferiore di diversi ordini di grandezza. Per l'esperimento, è stato creato un sistema speciale per la post-elaborazione rapida dei risultati di misurazione.
Secondo gli autori dello studio, grazie a questo processo di certificazione, combinato con l'uso dei componenti disponibili, la tecnologia sviluppata potrebbe costituire la base per la produzione di generatori di numeri casuali commerciali con un'ampia gamma di applicazioni. L'elevata velocità operativa, praticità e affidabilità possono fornire al dispositivo un'ampia applicazione in crittografia, informatica, statistica, ricerca scientifica e altri campi.
Ad esempio, Samsung ha recentemente introdotto un telefono cellulare con un generatore di numeri casuali quantistici, che indica la domanda di questa tecnologia nel mercato di massa.