211service.com
Quantum Noise bryter slumptalsgeneratorrekord
Slumptal är användbara vidunder, särskilt för kryptografer som använder dem för att generera sina koder.
Men hur gör man bäst slumptal i användbara hastigheter? Frågan är intimt kopplad till slumpmässighetens natur. Ett sätt är att lita på en dator för att göra uppgiften med hjälp av en algoritm som genererar siffror som ser ut och känns slumpmässiga. Till exempel visas siffrorna i pi slumpmässiga men kan genereras med en enkel algoritm.
Matematiker behandlar dessa så kallade pseudoslumptal med försiktighet. En anledning till att de värdesätter slumptal är just för att de inte kan genereras av någon logisk process: allt som kan beräknas, som pi, faller helt klart utanför denna kategori. Speciellt kryptografer vill ha koder som inte kan beräknas av en avlyssnare med en tillräckligt kraftfull dator.
Den nuvarande konsensusen är att den bästa källan till slumpmässighet är kvantvärlden där osäkerheten styr. Vi tittade nyligen på hur bra denna slumpmässighet är. All osäkerhet i värdet av fysiska storheter som position, momentum, elektriskt fält kommer att fungera.
Ett sätt att utnyttja denna osäkerhet är att skicka fotoner mot en halvsilverad spegel och mäta om de reflekteras eller transmitteras. Den resulterande sekvensen av 0:or och 1:or borde vara riktigt slumpmässiga.
Problemet här är den hastighet med vilken verkligt slumpmässiga tal kan genereras. Kommersiella enheter som fungerar på detta sätt med semi-silvered speglar genererar slumptal med en hastighet på upp till 16 Mbits per sekund.
Idag avslöjar Yu Liu och kompisar vid Peking University i Kina ett sätt att dramatiskt påskynda detta. Deras idé är att använda fasbruset i en laser för att generera slumptal.
Fasbrus är resultatet av kvantosäkerheter i hur fotoner spontant emitteras inuti en laser – till exempel på grund av vakuumfluktuationer i det elektriska fältet. Det gör att fotonerna emitteras med frekvenser som skiljer sig mycket lite.
Liu och co använder denna lilla förändring i frekvens för att skapa en beatsignal genom att fördröja en del av laserljuset och störa det med den senare utsignalen. De samplar sedan taktsignalen med en analog till digital omvandlare.
Efter lite matematisk rengöring klarar den resulterande nummersekvensen ett antal standardtest av slumpmässighet och Liu och vänner kan uttala det verkligen slumpmässigt.
Det som är imponerande med denna teknik är datahastigheten de uppnår. Liu och co hävdar datahastigheter på upp till 300 Mbits per sekund. Och eftersom den vertikala kavitetslasern som de använder för detta relativt enkelt kan integreras i moderna elektroniska kretsar, finns det inget som hindrar att den används nästan omedelbart för kommersiella tillämpningar
Det är inte den snabbaste slumptalsgeneratorn – det rekordet går till ett israeliskt team som nyligen uppnådde 3 Gbits per sekund med den kaotiska utsignalen från en laser. Det är bra men inte kvantbaserad slumpmässighet, vilket är guldstandarden för många fysiker.
Tidigare denna månad hävdade ett team i USA rekordet för det snabbaste kvantgenererade slumptalet vid 100 Mbits per sekund, baserat på intervallen mellan fotonernas ankomster till en detektor.
Nu, bara några dagar senare, har kineserna gjort det ännu bättre. Det borde sätta igång en intressant sifferstrid med andra leverantörer av slumptal om vem som snabbast kan generera slumpmässighet av högsta kvalitet. Var redo för strid!
Ref: arxiv.org/abs/1006.3512 : Verkligen generering av slumptal via entropiförstärkning