При совершении покупок по ссылкам в наших статьях компания Future и ее партнеры по распространению информации могут получать комиссию.
Исследователи из ETH Zurich продемонстрировали способ генерации «идеальной случайности» с помощью запутанных сверхпроводящих кубитов.
Создание истинной случайности — чрезвычайно сложная задача. Даже самый сложный обычный генератор случайных чисел может содержать мельчайшие отклонения. Хотя в большинстве повседневных случаев эти отклонения безвредны, в криптографии, где безопасность зашифрованных систем зависит от непредсказуемости, даже самая незначительная закономерность может стать уязвимым местом.
Группа исследователей из ETH Zurich под руководством профессоров физики Ренато Реннера и Андреаса Вальраффа заявляет, что им удалось преодолеть этот недостаток и создать идеально случайные числа с помощью квантовой физики, что, по их словам, является первым сертифицированным случаем достижения идеальной случайности.
Случайные действия кубитов
Традиционные генераторы случайных чисел часто основаны на физических процессах, таких как поведение фотонов, но эти системы все же могут быть немного искажены и демонстрировать смещение, из-за которого определенные числа появляются чаще, чем другие. Подход команды ETH использует квантовую запутанность, чтобы вывести случайность за пределы этого предела.
Эксперимент основан на использовании двух сверхпроводящих чипов, охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю. Каждый чип выступает в роли кубита, квантового эквивалента двоичного бита. Чипы соединены 30-метровой трубой, которая также сверхнизкотемпературная, что позволяет микроволновым фотонам перемещаться между ними и создавать квантовую запутанность — «жуткое» квантовое состояние, в котором две частицы могут быть связаны таким образом, что измерение одной мгновенно влияет на другую.
Располагая кубиты на расстоянии почти 30 метров друг от друга, исследователи обеспечили, чтобы во время измерений даже сигналы со скоростью света не могли распространяться между кубитами достаточно быстро, чтобы повлиять на результат. В терминологии квантовой физики это помогает сохранить целостность запутанности и предотвращает нежелательные помехи, нарушающие случайность.
Затем команда начала с генератора несовершенных случайных чисел, чтобы выбрать базис измерения для кубитов. После квантового измерения они использовали специальный алгоритм для усиления случайности в результатах. Ключевая идея заключается в том, что квантовая система может очистить входные данные от смещения и выдать на выходе последовательность нулей и единиц, которая гарантированно случайна, то есть ее случайность не просто предполагается или выводится из стандартных статистических тестов.
Практическая случайность
Этот метод также значительно снижает вычислительные затраты, сообщил Реннер изданию Live Science по электронной почте.
«Наш метод на самом деле не требует вычислений, — сказал Реннер, — поскольку вся случайность генерируется путем измерения квантовых битов. В этом смысле вычислительные затраты нашего подхода ничтожны по сравнению с затратами на генераторы псевдослучайных чисел».
Связанные статьи
-
Будущие квантовые компьютеры не смогут сравниться с «космическим шифрованием», использующим свет для передачи данных, — первый спутник будет запущен в 2025 году.
-
Прорыв в экспериментальных квантовых компьютерах, работающих на энергии света, может означать, что их масштабирование теперь стало гораздо более осуществимым.
-
Новый «трюк» устраняет серьезный недостаток лазеров в квантовых компьютерах на основе нейтральных атомов, приближая нас к созданию более мощных систем.
Исследователи утверждают, что полученные результаты остаются идеальными для всех практических и аналитических целей, независимо от того, как будущие методы попытаются их оценить.
Практические последствия значительны. Команда ETH сравнивает это достижение с атомными часами для измерения времени: физически надежным эталоном, на который могут полагаться другие системы. В будущем потенциальные области применения включают шифрование сообщений, цифровую идентификацию, лотерейные системы и работу блокчейна.
Реннер заявил, что их работа будет наиболее полезна в сетевых архитектурах. «Наш эксперимент будет наиболее полезен в сетях, где каждый узел имеет доступ к «серверу», который реализует генератор случайных чисел».