211service.com
Quantumruis verbreekt record van willekeurige nummergenerator
Willekeurige getallen zijn handige beesten, vooral voor cryptografen die ze gebruiken om hun codes te genereren.
Maar hoe maak je het beste willekeurige getallen met bruikbare snelheden? De vraag is nauw verbonden met de aard van willekeur. Een manier is om op een computer te vertrouwen om de taak uit te voeren met behulp van een algoritme dat getallen genereert die er willekeurig uitzien en aanvoelen. De cijfers van pi lijken bijvoorbeeld willekeurig, maar kunnen worden gegenereerd door een eenvoudig algoritme.
Wiskundigen gaan voorzichtig om met deze zogenaamde pseudo-willekeurige getallen. Een van de redenen waarom ze willekeurige getallen waarderen, is juist omdat ze niet kunnen worden gegenereerd door een logisch proces: alles dat kan worden berekend, zoals pi, valt duidelijk buiten deze categorie. Vooral cryptografen willen codes die niet kunnen worden berekend door een afluisteraar met een computer die krachtig genoeg is.
De huidige consensus is dat de beste bron van willekeur de kwantumwereld is waar onzekerheid heerst. We hebben onlangs gekeken hoe goed deze willekeur is. Elke onzekerheid in de waarde van fysieke grootheden zoals positie, momentum, elektrisch veld is voldoende.
Een manier om van deze onzekerheid gebruik te maken, is door fotonen naar een halfverzilverde spiegel te sturen en te meten of ze worden gereflecteerd of doorgelaten. De resulterende reeks van nullen en enen zou echt willekeurig moeten zijn.
Het probleem hier is de snelheid waarmee echt willekeurige getallen kunnen worden gegenereerd. Commerciële apparaten die op deze manier werken met semi-verzilverde spiegels, genereren willekeurige getallen met een snelheid van maximaal 16 Mbits per seconde.
Vandaag onthullen Yu Liu en vrienden van de Universiteit van Peking in China een manier om dit drastisch te versnellen. Hun idee is om de faseruis in een laser te gebruiken om willekeurige getallen te genereren.
Faseruis is het resultaat van kwantumonzekerheden in de manier waarop fotonen spontaan in een laser worden uitgezonden, bijvoorbeeld door vacuümfluctuaties van het elektrische veld. Het zorgt ervoor dat de fotonen worden uitgezonden met frequenties die zeer weinig verschillen.
Liu en co gebruiken deze kleine verandering in frequentie om een beatsignaal te creëren door een deel van het laserlicht te vertragen en de latere output te verstoren. Vervolgens samplen ze het beat-signaal met een analoog-naar-digitaal-omzetter.
Na een beetje wiskundige opschoning doorstaat de resulterende reeks getallen een aantal standaardtests van willekeur en Liu en vrienden kunnen het echt willekeurig uitspreken.
Wat indrukwekkend is aan deze techniek, is de datasnelheid die ze behalen. Liu en co claimen datasnelheden tot 300 Mbits per seconde. En aangezien de verticale holtelaser die ze hiervoor gebruiken relatief eenvoudig kan worden geïntegreerd in moderne elektronische schakelingen, staat niets in de weg dat deze vrijwel onmiddellijk wordt gebruikt voor commerciële toepassingen
Dat is niet de snelste generator voor willekeurige getallen - dat record gaat naar een Israëlisch team dat onlangs 3 Gbit per seconde bereikte met behulp van de chaotische output van een laser. Dat is goed, maar niet op kwantumgebaseerde willekeur, wat voor veel natuurkundigen de gouden standaard is.
Eerder deze maand claimde een team in de VS het record voor het snelste door kwantum gegenereerde willekeurige getal met 100 Mbits per seconde, gebaseerd op de intervallen tussen fotonaankomsten bij een detector.
Nu, slechts een paar dagen later, hebben de Chinezen het nog beter gedaan. Dat zou een interessante getallenstrijd op gang moeten brengen met andere aanbieders van willekeurige getallen over wie het snelst willekeur van de hoogste kwaliteit kan genereren. Bereid je voor op de strijd!
Referentie: arxiv.org/abs/1006.3512 : Werkelijk willekeurig genereren van getallen via entropieversterking