Os cientistas apresentaram o método mais rápido para a geração de números aleatórios quânticos
Cientistas do NUST MISIS, o Russian Quantum Center, como parte de um grupo de pesquisa internacional, desenvolveram o gerador de números aleatórios quânticos mais rápido e acessível. O dispositivo criado gera números aleatórios a uma velocidade de 8,05 GB por segundo e confirma sua natureza aleatória em tempo real. A tecnologia pode formar a base para a produção de geradores comerciais de números aleatórios usados em criptografia e para modelar sistemas complexos. Os resultados da pesquisa são publicados na revista Physics Review X.
Os geradores de números aleatórios são uma parte importante de muitos algoritmos, incluindo criptografia e algoritmos de simulação numérica. Eles também são usados no desenvolvimento de jogos de computador e caça-níqueis. O uso da geração de números aleatórios permite criar "chaves" de criptografia para proteger as informações em trânsito. Além disso, os geradores de números aleatórios podem aumentar significativamente as capacidades da inteligência artificial.
Ao mesmo tempo, apesar do fato de que os números gerados pelo computador podem parecer aleatórios à primeira vista, eles não podem ser chamados de verdadeiramente aleatórios. Isso significa que em muitos casos ainda é possível prever o número que o computador dará. Portanto, a natureza não aleatória dos números aleatórios é um fator de risco ao criar protocolos de criptografia para proteger as informações.
Em busca de uma solução para esse problema, os cientistas estão cada vez mais se voltando para os métodos da mecânica quântica, uma vez que os resultados das medidas quânticas não podem ser previstos com certeza, o que lhes permite gerar números que podem ser chamados de verdadeiramente aleatórios.
O novo método para gerar números verdadeiramente aleatórios, proposto por cientistas da NUST MISIS, RCC, Oxford University, Goldsmiths College e Free University of Berlin, é baseado no uso de propriedades quânticas dos fótons. Os números produzidos pelo gerador óptico que desenvolveram são certificados em tempo real para confirmar a natureza quântica de sua geração.
Os processos quânticos permitem gerar números cuja aleatoriedade é garantida pelas leis da física. Dispositivos para gerar números aleatórios desenvolvidos em princípios quânticos têm uma série de aplicações práticas importantes, - enfatiza Alexey Fedorov, um dos autores do estudo, chefe do grupo científico RCC, chefe do laboratório do NTI Quantum Communications Center da NUST MISIS.
Durante o experimento, os cientistas direcionaram a radiação de uma fonte, que é considerada não confiável, para uma das duas portas de entrada do divisor de feixe, enquanto a segunda porta permaneceu vazia, "tomando" o vácuo como entrada. Detectores foram instalados nas saídas do divisor de feixe, que registrou o número de fótons que entraram neles. Como cada fóton que chega a um divisor de feixe simétrico pode ser detectado com a mesma probabilidade em uma das duas saídas do divisor de feixe, a diferença no número de fótons que chegam aos detectores não pode ser prevista - é um valor aleatório.
Para garantir a confiabilidade desse método de geração de números aleatórios, os pesquisadores também mediram o número de fótons na fonte de luz que entra. Não deve haver muito poucos deles - neste caso, o número de eventos imprevisíveis possíveis será insuficiente para confirmar a verdadeira natureza da aleatoriedade. Também não deve haver muitos deles, caso contrário, os detectores ficarão saturados e os resultados da medição se tornarão previsíveis.
Durante o experimento, os cientistas criaram um dispositivo que não apenas gera números aleatórios a uma velocidade de 8,05 GB por segundo, o que o torna o mais rápido de tais dispositivos, mas também garante a natureza aleatória desses números em tempo real. Os protótipos de tais dispositivos criados antes disso tinham uma velocidade várias ordens de magnitude menor. Para o experimento, um sistema especial foi criado para o pós-processamento rápido dos resultados das medições.
Segundo os autores do estudo, por meio desse processo de certificação, aliado ao uso de componentes disponíveis, a tecnologia por eles desenvolvida poderia servir de base para a produção de geradores comerciais de números aleatórios com ampla gama de aplicações. Alta velocidade operacional, praticidade e confiabilidade podem fornecer ao dispositivo ampla aplicação em criptografia, ciência da computação, estatística, pesquisa científica e outros campos.
Por exemplo, a Samsung lançou recentemente um telefone celular com gerador de números aleatórios quânticos, que indica a demanda por essa tecnologia no mercado de massa.