Исследователи из Национального института стандартов и технологий США разработали метод генерации случайных чисел, чья случайность гарантируется квантовой механикой.
Экспериментальная технология описана в статье журнала Nature. Он превосходит все предыдущие методы обеспечения непредсказуемости случайных чисел и может повысить безопасность и надежность криптографических систем.
Новая система НИСТ, как известно phys.org, генерирует цифровые биты (единицы и нули) фотонами, используя данные от улучшенной версии знакового физического эксперимента института 2015-го. Опыт доказал идею «жуткого дальнодействия» Эйнштейна. В новом проекте ученые обработали результаты этого явления для получения более случайных битов.
Случайные числа – неотъемлемый инструмент электронных сетей, использующийся миллиарды раз на дню для шифрования информации. Но их нельзя назвать полностью непредсказуемыми. В генерировании участвуют программные формулы или физические устройства, на чью работу могут влиять факторы, вроде источников шума. Проведение статистических тестов помогает повысить случайность, но и они не гарантируют полной непредсказуемости результатов.
«Нельзя обещать, что любой классический ресурс будет выдавать случайные данные, — отметил математик НИСТ Питер Берхорст. – Наш квантовый ресурс и протокол гарантировано надежны. Мы уверены, что никто не сможет предсказать поступающие числа. Так, можно угадать при подбрасывании монетки, если проследить ее путь. Квантовая неопределенность, со своей стороны, действительно случайна. Мы уверены, что наблюдали ее, так как на это указывают статистические корреляции между нашим выбором и результатом».
Случайные числа генерируются в 2 этапа. Сначала эксперимент «жуткого дальнодействия» выдает строку битов по «тесту Бэлла», в котором ученые измеряют корреляцию свойств пары фотонов. График измерений позволяет убедиться, что ее нельзя объяснить классическими процессами, вроде предварительно существовавших условий или обмена информацией на скорости света (или меньшей). Статистические опыты показывают, что квантовые механизмы работают, и данные позволяют оценить уровень случайности в строке битов. Второй шаг, «извлечение», нужен для обеспечения появления 0 и 1 с вероятностью примерно 50%. Весь процесс требует введения 2 независимых строк случайных битов для выбора настроек измерения теста Бэлла и получения неупорядоченности из начальных данных.
Всего авторы провели 55 110 210 испытаний, по 2 бита каждое. В результате удавалось получать случайные числа, даже если условия измерения и начальное число были публично известны.
Ваше мнение