211service.com
Världens snabbaste Quantum Random Number Generator presenterad i Kina
Integritet är en av samhällets mest uppskattade egenskaper. Möjligheten att skicka privata meddelanden och att utföra finansiella transaktioner utan rädsla för att bli övervakad ligger i hjärtat av många statliga, militära och kommersiella aktiviteter.
En teknik som gör att detta kan göras perfekt är kvantkryptografi, och det kräver en kraftfull källa till slumptal.
Men det finns ett problem. Slumptal är förvånansvärt svårt att generera i stora mängder. En av de bästa källorna är kvantvärlden som i grunden är slumpmässig. Men de bästa kommersiellt tillgängliga kvant-slumptalsgeneratorerna producerar dem bara med en hastighet av en miljon per sekund, långt ifrån de många tiotals miljarder per sekund som många applikationer kräver.
Idag ser det ut att ha förändrats tack vare You-Qi Nies arbete vid Hefei National Laboratory for Physical Sciences i Kina och några kompisar som säger att de har byggt en kvantgenerator för slumptal som kan producera 68 miljarder av dem per sekund. De säger att tekniken bör avlägsna en viktig barriär som hindrar regeringar, militären och resten av oss från att dra nytta av perfekt säkerhet.
Slumptal måste vara oförutsägbara och irreproducerbara, och detta utesluter att de genereras med vanliga algoritmiska processer, som tenderar att vara både förutsägbara och reproducerbara. Datavetare har länge vetat att program som påstår sig producera slumpmässiga siffror vanligtvis inte visar sig göra något sådant.
Istället har fysiker vänt sig till naturliga processer för att producera slumpmässiga tal. Till exempel tros turbulens vara helt slumpmässigt så mätande att turbulenta effekter som atmosfären har på en laserstråle är en metod för att producera slumpmässiga tal, om än en ganska långsam sådan och en som lätt kan vara partisk av miljöfaktorer.
Det är därför fysiker föredrar att använda kvantprocesser för att generera slumpmässiga tal. Dessa anses vara slumpmässiga i princip och grundläggande till sin natur, vilket är viktigt eftersom det betyder att det inte kan finnas någon underliggande fysisk process som kan introducera förutsägbarhet.
Fysiker har provat många sätt att producera kvantumslumptal. En av de mest populära är att skicka en ström av fotoner genom en stråldelare, som sänder eller reflekterar dem med 50 procents sannolikhet. Att helt enkelt räkna de fotoner som reflekteras eller sänds ger en slumpmässig sekvens av 0:or och 1:or.
Det är exakt hur världens enda kommersiellt tillgängliga kvantgenerator för slumptal fungerar. Men dess hastighet är begränsad till cirka en megabit per sekund. Det beror på att enfotondetektorer inte kan räkna snabbare än så här.
På senare tid har fysiker börjat krångla med en ny teknik. Detta beror på de två olika sätt som fotoner genereras inuti lasrar. Den första är genom stimulerad emission, vilket är en förutsägbar process som producerar fotoner som alla har samma fas. Den andra är spontan emission, en helt slumpmässig kvantprocess. Dessa fotoner behandlas vanligtvis som brus och översvämmas i alla fall när lasern arbetar med full lutning.
Emellertid blir spontan emission betydande när lasern arbetar på sin tröskelnivå, innan stimulerad emission verkligen får fäste. Om det är möjligt att mäta dessa fotoner, kan det vara möjligt att utnyttja deras slumpmässiga natur.
You-Qi och co har gjort precis det. Dessa killar har skapat en mycket känslig interferometer som omvandlar fluktuationer i fotonernas fas till intensitetsförändringar. Det är viktigt eftersom intensitetsförändringar enkelt kan mätas med konventionella fotodetektorer som arbetar med mycket högre hastigheter än enstaka fotondetektorer.
Det har gjort det möjligt för teamet att mäta dessa slumpmässiga förändringar och digitalisera dem med en hastighet av 80 Gbps. Denna dataström måste sedan rensas upp på olika sätt för att ta bort eventuella fördomar som införs av mätprocessen.
Men efter detta kan teamet fortfarande producera slumpmässiga siffror med en hastighet av 68 Gbps.
Det finns inget sätt att garantera att någon sekvens av tal är helt slumpmässig, men det finns en uppsättning standardtester som kan upptäcka vissa typer av mönster, om de finns. You-Qi och co säger att deras slumpmässiga nummersekvenser klarar alla dessa tester med glans.
Slutresultatet är den snabbaste kvantgeneratorn för slumptal som någonsin producerats med viss marginal.
Det är ett imponerande arbete som borde förbereda marken för vissa vanliga tillämpningar som använder kvantkryptografi. Vår demonstration visar att höghastighets kvantgeneratorer för slumptal är redo för praktisk användning, säger You-Qi och co. Vår kvantgenerator för slumptal kan vara ett praktiskt tillvägagångssätt för vissa specifika applikationer som QKD-system med en klockfrekvens på över 10 GHz.
Med andra ord, många organisationer som behöver ett praktiskt system som erbjuder sekretess garanterad av kvantfysikens lagar kanske inte har mycket längre att vänta.
Ref: arxiv.org/abs/1506.00720 : 68 Gbps Quantum Random Number Generation genom att mäta laserfasfluktuationer