Испанские ученые создали генератор действительно случайных чисел

Испанские ученые предложили метод получения действительно случайных чисел.

Когда речь идет о непредсказуемой последовательности цифр, некоторые из них более случайны, чем другие. До сих пор не было никакой возможности подтвердить истинность случайности, в результате чего методы шифрования, которые полагаются на случайные числа, оставляли лазейки для дешифраторов. Достаточно лишь разгадать алгоритм или взломать компьютер, на котором он хранится, и сообщения, закодированные для передачи через Интернет, станут доступны любому пройдохе.

Многие ученые в связи с этим пытались опереться на принцип неопределенности (индетерминизма) квантовых систем. Согласно квантовой механике, невозможно с уверенностью предсказать, как квантовая частица будет вести себя. Поэтому теоретически истинную случайность в двоичной системе могут обеспечить, скажем, два связанных фотона. На практике, однако, нет способа подтвердить, что даже эти цифры действительно случайны. Например, могут быть сбои в работе аппарата, который слегка, но все-таки влияет на движение фотонов

Чтобы обойти эту проблему, Антонио Асин, физик из Института фотонных наук (Барселона), и его коллеги разработали тест на истинную случайность, который возвращает нас к историческим экспериментам по природе квантовой механики, впервые предложенным физиком Джоном Беллом в 1960-х годах. Белл хотел подтвердить, что классическая физика не может объяснить странные свойства связанных частиц (entangled particles), которые связаны так, что измерение одной непосредственно влияет на состояние партнера. Ученый рассчитал максимально возможный уровень корреляции между двумя частицами в любой классической системе. Последующие эксперименты неоднократно подтверждали, что связанные частицы превышают этот предел вопреки классической физике.

Антонио Асин и его коллеги смогли показать, что существует прямая связь между степенью истинной случайности в системе и степенью, в которой ограничение Белла нарушается связанными частицами. Физики подготовили первый, по их словам, настоящий генератор случайных чисел. Он выдает двоичные числа на основе квантовых измерений иона иттербия, который может находиться либо на высоком, либо на низком энергетическом уровне. Чтобы проверить истинность случайности, спутываются два таких иона и измеряются энергетические уровни их обоих. Если их корреляция превышает ограничение Белла, случайность подлинная.

В течение месяца таким образом удалось получить 42 действительно случайных двоичных числа.

Первым предложил использовать теорему Белла для генерации подлинно случайных чисел в квантовой криптографии Артур Экерт, физик из Оксфордского университета (Великобритания). Это было в 1991 году. А сегодня он назвал результаты коллег поразительными. В то же время ученый отметил, что в испанских экспериментах ионы находились друг от друга на расстоянии всего одного метра. Для квантовой связи необходимо разработать технологию, которая будет работать на куда бóльших дистанциях.

Другой комментатор, Хун Го из Пекинского университета (Китай), отметил, что в экспериментах с квантовыми свойствами фотонов в лазере, которые проводила его группа и другие ученые, числа получались со скоростью 500 мегабит в секунду, хотя доказать их подлинную случайность было невозможно. Если сравнить это с тем, что Антонио Асин за месяц получил всего 42 числа, то начинает казаться, что в данном случае количество важнее качества. Остается надеяться, что испанские физики упростят свою систему для лучшего практического применения.