Ученые создали самый случайный генератор чисел из возможных

Случайность правит материей реальности. В связи с этим не удивительно, что ученые пытаются понять, как использовать случайность природы в обыденном мире.

Рандомная генерация чисел напрямую связана с шифровкой и сетевой безопасностью. Однако даже с учетом этого компьютерные алгоритмы, обещающие настоящую генерацию случайных чисел, едва ли являются действительно таковыми. Многие можно просто взломать, другие воспроизвести, некоторые вовсе требуют неслучайного ввода. В то же время реальность наполнена случайностями, вроде счастливых номеров лотереи. Однако даже в этом случае, если понимать законы физики и иметь невероятные вычислительные способности, можно предугадать результат — какой шарик с цифрой выпадет.

Ученые из Национального Института Стандартов и Технологий (NIST) планируют использовать странные свойства квантовой механики для создания действительно случайного генератора чисел. Проблема в том, что это требует условий, которые нельзя предсказать никаким образом. Даже если кто-то будет знать все о том, как работает генератор, он не сможет предугадать исход. К счастью, квантовая механика работает примерно подобным образом. Некоторые физики даже называют ее непредсказуемой.

Ученые решили воспользоваться идеей, которая называется квантовое запутывание. Если две частицы света подготовлены в одно и то же время и взаимодействуют друг с другом, то они могут быть запутаны друг с другом, при этом квантовая механика не позволит понять одну без понимания другой. Связь между двумя частицами всегда будет присутствовать. 

Суть нового метода в том, что до тех пор, пока частицы света продемонстрированы статистически запутанными, их исход можно использовать в качестве генератора случайных чисел.

Эксперимент заключается в том, что пара частиц света подготовлены в запутанном состоянии при помощи лазера, направленного на особый кристалл, наделяющий частицы одной из двух поляризаций. Каждая из них отправляется к своему детектору. Если допустить, что скорость света невозможно преодолеть, то ученые могут убедиться, что случайные частицы и корреляции между парами случайных результатов являются исходом измерений, а не пересылкой информации между ними быстрее скорости света.

Как объясняет Стефано Пиронио в комментарии к публикации на Nature, данный метод самый точный и безопасный для создания случайных чисел из существующих. Проблема в том, что даже для пары случайных битов требуется проделать огромную работу.

Во время эксперимента ушло около 55 миллионов фотонов и 10 минут реального времени для генерирования 1024 случайных бинарных чисел. Однако если процесс удастся масштабировать, то рандомная генерация станет доступна повсеместно.