Случайные числа теперь можно генерировать с рекордной скоростью, используя квантовые флуктуации

Выберите карту, любую карту. Подобно коварному волшебнику, Вселенная уже знает ваш выбор, поскольку законы физики управляют всем, от вашей неврологической проводки до сокращений мышц вашей руки.

Но если попросить взять частицу с пустого участка космос, у вас может быть шанс обмануть Вселенную. Потому что там вы найдете форму случайности, не имеющую аналогов, которую инженеры научились использовать в своих поисках действительно непредсказуемого.

Благодаря инновациям, разработанным исследователями из учреждений в Бельгии, Дании и Италия, мы можем запустить этот поиск в рекордно короткие сроки, каждую секунду извлекая данные объемом 100 гигабит буквально из ничего.

То, что вы обычно считаете случайностью, в лучшем случае является отражением вашего невежества. Без обид. Друг, который «случайно» заходит выпить кофе, со 100-процентной уверенностью знает, что идет к вам домой. Это происходит случайно, потому что вы этого не знаете.

Точно так же подбрасывание монеты, бросок игральной кости, приход шторма или падение астероида не являются по-настоящему случайными событиями. или. Каждое из них управляется сложной паутиной побочных эффектов, которые теоретически могут быть предсказаны индивидуально при наличии достаточных знаний.

То же самое нельзя сказать о квантовых системах. Подойдите близко к частице, и вы можете узнать ее положение, но ее энергия — это спектр возможностей. Знайте ее энергию с абсолютной точностью, и ее местоположение станет непостижимым свойством, разбросанным по всему пространству.

Отбросьте частицу, и само пространство будет подчиняться тем же квантовым законам. Приблизьтесь к пустому участку небытия, присутствующая энергия будет включать в себя возможности, которые теоретически могут генерировать частицы.

Эти «виртуальные» частицы также не являются просто плодом нашего воображения. Они существуют на квантовом уровне, появляясь и аннигилируя во вспышках, которые мы называем квантовой пеной.

Давно известно, что они влияют на широкий спектр физических явлений, от способа генерации лазеров до химических процессов. связи рассеивают свет, нетрудно подключиться к квантовой пене во имя генерации случайных данных. Постоянной проблемой является поиск надежного метода, который не требует большого количества оборудования, которое может замедлить процесс и затруднить его использование в полевых условиях.

Исследователи, разработавшие это последнее передовое шоу как устройство, называемое интегрированным сбалансированным гомодинным детектором, дает результаты в несколько раз быстрее, чем другие новые подходы, без большого количества дополнительного багажа.

Гомодинное обнаружение измеряет характеристики электрического поля квантового состояния, что удобно для непрерывного наблюдения. отслеживание щелчка, потрескивания и хлопка виртуальных частиц.

К сожалению, квантовые состояния имеют разочаровывающую привычку путаться с менее квантовыми особенностями своего окружения, что делает их менее случайными, чем ваш сосед, выскакивающий в еще раз одолжите свою газонокосилку.

Чтобы справиться с этим «шумом» окружающей среды, влияющим на показания их гомодинного детектора, команда внедрила технологию, которая могла бы идентифицировать источники потенциальных помех и учитывать их, улучшая работу системы. чувствительность к фактическим случайным флуктуациям.

Конечным результатом является масштабируемая платформа, способная надежно выдавать случайные числа для всех ваших потребностей в шифровании.

По мере роста вычислительной мощности и наша потребность скрывать секреты от посторонних глаз становится все более насущной, надежные средства обеспечения безопасной передачи данных становятся все более важными.

Это означает большие строки кода, которые ни один компьютер не может приблизиться к угадыванию. .

Конечно, случайные числа полезны в самых разных областях: от обеспечения беспристрастности выборок для исследования до определения того, может ли ваш эльф-маг пятого уровня в Dungeons and Dragons поразить гиганта магической стрелой.

Они могли бы даже сделать волшебный трюк.

Это исследование было опубликовано в PRX Quantum.