Учёные научились генерировать случайные числа с помощью фундаментальных основ мироздания

Любые кажущиеся нам случайными события далеко не случайны. Мы не можем на них повлиять, но способны проанализировать и найти первопричину того или иного происшествия. В обычной жизни это мало на что влияет, но для ряда приложений, например, в криптографии, случайности играют определяющую роль. Если они поддаются анализу и предсказанию — метод шифровки можно выбросить в мусорное ведро. Но где искать настоящий и непредсказуемый случай?

Источник изображения: Pixabay

Настоящая случайность всегда под рукой, и она лежит в основе нашего мироздания. Согласно квантовой теории поля, вакуум постоянно рождает случайные пары частиц и античастиц. Это по-настоящему случайные события, которые подчиняются принципу неопределённости Гейзенберга. Это изначально вероятностные объекты, все свойства которых мы не можем одновременно измерить и предсказать. Это та монетка, которую как ни подбрасывай, никакой статистически значимой вероятности выпадения мы никогда не создадим.

Использовать рождение виртуальных частиц в «квантовой пене» смогли учёные из институтов Бельгии, Дании и Италии. Они создали сравнительно компактный прибор для генерации каждую секунду 100 Гбит случайных данных. Каждый бит в этом потоке — это случайная виртуальная частица квантового поля.

Появление виртуальных частиц давно фиксируется тем или иным способом. Они проявляются в нюансах работы лазеров и в рассеивании их света на разных химических соединениях. Учёные давно ищут надёжный метод фиксации виртуальных частиц без сложного и громоздкого оборудования. В повседневной жизни такое нельзя использовать.

В новой работе в журнале PRX Quantum международная группа учёных предложила устройство на базе интегрированного гомодинного детектора, который обеспечивал детектирование виртуальных частиц в несколько раз быстрее аналогов и делал это без значительного количества дополнительного оборудования. Изюминкой разработки стало решение по снижению помех. Оно детектировало источник потенциальных помех и учитывало его влияние на датчик виртуальных частиц, чем резко повысило чувствительность для детектирования квантовых явлений.

В итоге получилась платформа на чипе, способная надёжно выдавать случайные числа для всех нужд шифрования и не только. Найдётся ли этому немедленно практическое применение, учёные предсказать не берутся, но учитывая растущие опасения взлома шифровок квантовыми платформами, потребность в настоящей случайности давно созрела.