Quantum Noise Breaks Random Number Generator Record

Tilfældige tal er nyttige bæster, især for kryptografer, der bruger dem til at generere deres koder.

Men hvordan laver man bedst tilfældige tal med nyttige hastigheder? Spørgsmålet er tæt forbundet med tilfældighedens natur. En måde er at stole på en computer til at udføre opgaven ved hjælp af en algoritme, der genererer tal, der ser ud og føles tilfældige. For eksempel forekommer pi-cifrene tilfældige, men kan genereres af en simpel algoritme.

Matematikere behandler disse såkaldte pseudo-tilfældige tal med forsigtighed. En grund til, at de værdsætter tilfældige tal, er netop, fordi de ikke kan genereres af nogen logisk proces: alt, der kan beregnes, som pi, falder klart uden for denne kategori. Især kryptografer vil have koder, der ikke kan beregnes af en aflytning med en kraftig nok computer.

Den nuværende konsensus er, at den bedste kilde til tilfældighed er kvanteverdenen, hvor usikkerhed hersker. Vi har for nylig set på, hvor god denne tilfældighed er. Enhver usikkerhed i værdien af ​​fysiske størrelser såsom position, momentum, elektrisk felt vil gøre det.

En måde at udnytte denne usikkerhed på er at sende fotoner mod et halvforsølvet spejl og måle, om de reflekteres eller transmitteres. Den resulterende sekvens af 0'ere og 1'ere burde være virkelig tilfældig.

Problemet her er den hastighed, hvormed virkelig tilfældige tal kan genereres. Kommercielle enheder der fungerer på denne måde med semi-forsølvede spejle genererer tilfældige tal med en hastighed på op til 16 Mbits pr. sekund.

I dag afslører Yu Liu og venner ved Peking Universitet i Kina en måde at fremskynde dette dramatisk på. Deres idé er at bruge fasestøjen i en laser til at generere tilfældige tal.

Fasestøj er resultatet af kvanteusikkerheder i den måde, fotoner spontant udsendes inde i en laser - for eksempel på grund af vakuumfluktuationer i det elektriske felt. Det medfører, at fotonerne udsendes med frekvenser, der afviger meget lidt.

Liu og co bruger denne lille ændring i frekvens til at skabe et beat-signal ved at forsinke en del af laserlyset og forstyrre det med det senere output. De sampler derefter beatsignalet med en analog til digital konverter.

Efter lidt matematisk rensning består den resulterende talsekvens en række standardtests af tilfældighed, og Liu og venner er i stand til at udtale det virkelig tilfældigt.

Det, der er imponerende ved denne teknik, er den datahastighed, de opnår. Liu og co hævder datahastigheder på op til 300 Mbits per sekund. Og da den vertikale hulrumslaser, som de bruger til dette, relativt let kan integreres i moderne elektroniske kredsløb, er der intet til hinder for, at den bliver brugt næsten øjeblikkeligt til kommercielle applikationer

Det er ikke den hurtigste generator af tilfældige tal - den rekord går til et israelsk hold, der for nylig opnåede 3 Gbits per sekund ved at bruge det kaotiske output fra en laser. Det er god, men ikke kvantebaseret tilfældighed, som er guldstandarden for mange fysikere.

Tidligere på måneden hævdede et hold i USA rekorden for det hurtigste kvantegenererede tilfældige tal ved 100 Mbits per sekund, baseret på intervallerne mellem foton-ankomster til en detektor.

Nu, blot et par dage senere, har kineserne gjort det endnu bedre. Det burde sætte gang i en interessant talkamp med andre udbydere af tilfældige tal om, hvem der hurtigst kan generere tilfældighed af højeste kvalitet. Forbered dig til kamp!

Ref: arxiv.org/abs/1006.3512 : Virkelig generering af tilfældige tal via entropiforstærkning

skjule