ТАСС, 14 января. Физики создали пока самый быстрый и доступный квантовый генератор случайных чисел. Он может вырабатывать до восьми гигабайт случайных чисел в секунду и при этом проверять их достоверность, пишет пресс-служба НИТУ "МИСиС". Статью с описанием генератора опубликовал научный журнал Physics Review X.
Для работы многих современных алгоритмов шифрования данных, научных и промышленных приборов нужны генераторы случайных чисел. За последние полвека специалисты создали несколько десятков алгоритмов, благодаря которым можно получать наборы малопредсказуемых псевдослучайных чисел, однако устройства, которые могут генерировать действительно случайные величины, появились относительно недавно – благодаря развитию квантовых технологий.
Первые такие приборы швейцарский квантовый стартап ID Quantique создал в 2001 году. Впоследствии ученые стали разрабатывать все более совершенные и сложные машины, которые могут вырабатывать десятки и сотни миллионов случайных чисел каждую секунду. В последние годы ученые сосредоточили свои усилия на создании миниатюрных версий подобных квантовых генераторов, которые можно было бы уместить в смартфон или другой портативный прибор.
В ходе нового исследования ученые разработали новую методику генерации случайных чисел, с помощью которой каждую секунду можно получать миллиарды случайных чисел. Также исследователи создали прототип дешевого и устройства на ее основе, который можно использовать в любых целях.
Его работа основана на использовании квантовых свойств фотонов и того, как они взаимодействуют со светоделителями и измеряющими приборами. Разработчики устройства заметили, что частицы света, проходящие через прибор, который делит падающий на него луч света на две части, можно в некоторых случаях заставить вести себя так, что последствия измерения их свойств будут абсолютно непредсказуемыми для всех наблюдателей.
В частности, этого можно добиться, если взять светоделитель, оснащенный двумя входными и выходными портами, и пропускать луч света только через один из них. В соответствии с законами квантовой механики фотоны, движущиеся через это устройство, будут покидать его через один или другой выход абсолютно случайно.
Благодаря этому количество частиц света, попадающих на детекторы света у каждого из выходов светоделителей, нельзя предсказать в принципе. Это позволяет использовать их для выработки абсолютно случайных значений, а также для проверки того, что вырабатываемые значения действительно случайны. Это можно сделать, замеряя, как много частиц света было в луче до того, как он прошел через делитель.
На основе этой идеи физики создали прототип генератора случайных чисел, используя перепрограммируемые микросхемы, лазеры и другие оптические компоненты. Первые опыты с этим устройством показали, что оно может вырабатывать случайные числа со скоростью восемь гигабайт в секунду. То есть пока это самый быстрый квантовый генератор случайных чисел на Земле.
Ученые надеются, что их разработку можно будет использовать в криптографии, IT, науке и других сферах, где необходим доступ к большому числу истинно случайных чисел.