科学者たちは、量子ランダム数生成のための最速の方法を提示しました

ロシア量子センターであるNUSTMISISの科学者は、国際的な研究グループの一部として、最速で最も手頃な量子ランダム数ジェネレーターを開発しました。作成されたデバイスは、毎秒8.05 GBの速度でランダムな数値を生成し、それらのランダムな性質をリアルタイムで確認します。この技術は、暗号化で使用される商用ランダム数ジェネレーターの作成および複雑なシステムのモデリングの基礎を形成できます。研究結果はジャーナルPhysicsReviewXに掲載されています。

ランダム番号ジェネレータは、暗号化や数値シミュレーションアルゴリズムなど、多くのアルゴリズムの重要な部分です。また、コンピューターゲームやスロットマシンの開発にも使用されます。ランダム番号生成を使用すると、転送中の情報を保護するための暗号化「キー」を作成できます。さらに、ランダム数ジェネレーターは、人工知能の機能を大幅に強化できます。

同時に、コンピューターで生成された数値は一見ランダムに見えるかもしれませんが、真にランダムとは言えません。これは、多くの場合、コンピュータが与える番号を予測することがまだ可能であることを意味します。したがって、ランダムな数値の非ランダムな性質は、情報を保護するための暗号化プロトコルを作成する際のリスク要因です。

この問題の解決策を求めて、科学者はますます量子力学の方法に目を向けています。なぜなら、量子測定の結果を確実に予測することができず、真にランダムと呼ぶことができる数を生成できるからです。

NUST MISIS、RCC、オックスフォード大学、ゴールドスミスカレッジ、ベルリンのフリー大学の科学者によって提案された、真にランダムな数を生成するための新しい方法は、光子の量子特性の使用に基づいています。彼らが開発した光発生器によって生成された数値は、それらの生成プロセスの量子的性質を確認するためにリアルタイムで認証されます。

量子プロセスを使用すると、物理法則によってランダム性が保証されている数値を生成できます。量子原理に基づいて開発されたランダム数を生成するためのデバイスには、多くの重要な実用的なアプリケーションがあります-研究の著者の1人であり、RCC科学グループの責任者であり、NUSTMISISのNTI量子コミュニケーションセンターの研究所の責任者であるAlexeyFedorovは強調します。

実験中、科学者は、信頼できないと考えられるソースからの放射をビームスプリッターの2つの入力ポートの1つに向け、2番目のポートは空のままで、入力として真空を「取りました」。検出器はビームスプリッターの出力に設置され、検出器に入る光子の数を記録しました。対称ビームスプリッターに到達するすべての光子は、ビームスプリッターの2つの出力のいずれかで同じ確率で検出できるため、検出器に到達する光子の数の違いを予測することはできません。これはランダムな値です。

ランダムな数値を生成するこの方法の信頼性を確保するために、研究者は入射光源の光子の数も測定しました。それらの数が少なすぎてはなりません。この場合、予測できない可能性のあるイベントの数は、ランダム性の本質を確認するのに十分ではありません。また、それらの数が多すぎないようにする必要があります。そうしないと、検出器が飽和し、測定結果が予測可能になります。

実験中に、科学者は毎秒8.05 GBの速度でランダムな数値を生成するデバイスを作成しました。これにより、このようなデバイスの中で最速になるだけでなく、これらの数値のランダムな性質をリアルタイムで保証します。これより前に作成されたこのようなデバイスのプロトタイプは、速度が数桁低くなりました。実験のために、測定結果の後処理を高速化するための特別なシステムが作成されました。

研究の著者によると、この認証プロセスを通じて、利用可能なコンポーネントの使用と組み合わせて、彼らが開発した技術は、幅広いアプリケーションを備えた商用ランダムナンバージェネレーターの生産の基礎を形成する可能性があります。高い動作速度、実用性、信頼性により、暗号化、コンピューターサイエンス、統計、科学研究、その他の分野で幅広いアプリケーションをデバイスに提供できます。

たとえば、Samsungは最近、量子ランダム番号ジェネレーターを備えた携帯電話を発表しました。これは、マスマーケットでのこのテクノロジーの需要を示しています。