Использование квантовых флуктуаций для более быстрой генерации случайных чисел
Группа физиков из Гентского университета — Межуниверситетского центра микроэлектроники, Датского технического университета и Политехнического университета и Университета Бари — сообщает, что можно использовать квантовые флуктуации для генерации случайных чисел быстрее, чем стандартные методы. В своем исследовании, опубликованном в журнале PRX Quantum, группа использовала поведение пар частиц и античастиц для создания генератора случайных чисел, который работает до 200 раз быстрее, чем обычные системы.
Обзор настройки QRNG. (а) Вакуумный шум, который используется в качестве источника для генерации случайных чисел. (б) Микрофотография изготовленных PIC и TIA. (c) Распределение Гаусса после оцифровки. (d) Распределение дистиллированных случайных 32-битных целых чисел, сгруппированных в 256 ячеек.
Предоставлено: PRX Quantum (2023). DOI: 10.1103/PRXQuantum.4.010330
Генерация случайных чисел играет важную роль в информатике. В дополнение к таким приложениям, как создание случайных фонов и сценариев в видеоиграх, случайные числа используются для создания ключей шифрования для множества конфиденциальных приложений. Но создание ключей, которые нелегко взломать, требует мощности компьютера и времени. По этой причине ученые-компьютерщики постоянно ищут новые способы генерации случайных чисел.
В этой новой попытке исследовательская группа обратилась к новому источнику — квантовой флуктуации, которая в своей самой основной форме представляет собой временное изменение количества энергии, существующей в уникальной точке пространства. Такое мерцание широко изучалось из-за того, как оно влияет на химическую связь и результирующие типы рассеяния света. В этой новой работе исследовательская группа воспользовалась случайностью такого мерцания, чтобы создать генератор случайных чисел . В своем подходе они сосредоточились на квантовом мерцании, связанном со случаями формирования и самоуничтожения частиц и античастиц, а также на связанных с ними полях энергии. В прошлом было показано, что такое мерцание носит случайный характер.
Чтобы зафиксировать случайность такого мерцания, исследователи использовали встроенный сбалансированный гомодинный детектор — устройство, способное измерять электрическое поле квантового состояния. Но отметив, что такое устройство способно также улавливать менее чем случайное поведение запутанных частиц, они добавили еще одно устройство, предназначенное для выявления этого шума и игнорирования его при проведении измерений.
Затем команда уменьшила компоненты, используемые их гомодинным детектором, до размеров, которые позволили бы встроить их в чип, установленный в компьютерной системе. Затем они использовали данные с чипа для генерации случайных чисел.
