Liczby losowe ze splątanych cząstek

Generowanie liczb losowanych nie jest łatwym zadaniem. Wprawdzie do obliczeń symulacyjnych środkiem wyboru są tak zwane liczby pseudolosowe generowane za pomocą algorytmów, ale takie metody raczej nie nadają się do tworzenia losowych kluczy kryptograficznych, ponieważ ich wyniki w sposób deterministyczny zależą od zastosowanej wartości początkowej (seed).

Liczby losowe ze splątanych cząstek
SKOMENTUJ

Dlatego też w kryptografii element przypadkowy musi pochodzić z zewnętrznego systemu, z kombinacji niedających się przewidzieć wydarzeń albo ze specjalnego sprzętowego generatora. Jednak na podstawie wytworzonych wartości nie można z całą pewnością stwierdzić, czy losowość w wyniku wpływów z zewnątrz nie jest tylko symulowana.

Obraz
© (fot. Jupiterimages)

Jedynej prawdziwej losowości dostarczają efekty kwantowe. Jednak i w ich przypadku ewentualne manipulacje systemem były do tej pory niemożliwe do wykazania z całą pewnością. Ten problem rozwiązali po raz pierwszy naukowcy z Joint Quantum Institute należącym do University of Maryland wspólnie z europejskimi kolegami, stosując nową metodę. Polega ona na tworzeniu splątanych systemów kwantowych (np. dwóch fotonów albo atomów). To znaczy, że stany tych cząstek przestają być od siebie niezależne. Kiedy tylko jeden z dwóch systemów zostanie zmierzony, drugi bez czasowego opóźnienia pokazuje uzależnioną od niego wartość pomiaru, np. tę samą polaryzację. Mimo że są one przestrzennie rozdzielone, zachowują się tak, jakby były na sztywno połączone. Takie splątanie cząstek jest sprzeczne z doświadczeniem świata codziennego, można je
zaobserwować tylko w mikroskopijnych systemach kwantowych.

Naukowcy wykorzystali ten wniosek w odwrotnej postaci: kiedy dwa systemy są splątane, muszą zachowywać się w sposób zgodny z zasadami mechaniki kwantowej i nie mogą być sterowane z zewnątrz. To oznacza, że generowana przez nie liczba przypadkowa nie może ulegać wpływom zewnętrznym. W tym celu badacze przechwytują dwa atomy w dwóch całkowicie oddzielonych od siebie pułapkach odległych o metr i pozwalają im emitować fotony, za pomocą których zostają one ze sobą splątane. Kiedy tylko oba atomy jednocześnie wysyłają fotony, dochodzi do skrzyżowania. To, czy rzeczywiście taki fakt zaistniał, naukowcy sprawdzają za pomocą nierówności Bella, które są naruszane zawsze wtedy, gdy prawa klasycznej fizyki przestają obowiązywać. Oba atomy są w tym celu obracane w przypadkowy sposób, a emitowane przez nie fotony mierzone. Kiedy nierówności są naruszane, z mierzonych fotonów daje się odczytać przypadkowy bit.

W ten sposób po 3 tysiącach pomiarów powstają 4. prawdziwie losowe bity z 99-procentowym poziomem pewności. Do zadań praktycznych taki system jest na razie zbyt powolny i wymaga zbyt wielu nakładów. Jednak dla powodzenia takich prób istotna jest zasada fizyczna, a nie jej konkretna realizacja.

Projekt był finansowany między innymi ze środków UE: z projektów PERCENT (Percolating entanglement and quantum information resources through quantum networks) i QORE (Quantum correlations) przeznaczono na niego 9 milionów euro. Pełny raport z badań został opublikowany w magazynie "Nature".

wydanie internetowe www.heise-online.pl

Wybrane dla Ciebie

Powstał droid inspirowany "Gwiezdnymi wojnami". Potrafi się komunikować
Powstał droid inspirowany "Gwiezdnymi wojnami". Potrafi się komunikować
F-35 zagrożone. Pilot musiał ratować się unikami przed rakietą Huti
F-35 zagrożone. Pilot musiał ratować się unikami przed rakietą Huti
Banany zagrożone. Niektóre odmiany nie przetrwają przez zmiany klimatu
Banany zagrożone. Niektóre odmiany nie przetrwają przez zmiany klimatu
Manewry NATO Formidable Shield 2025. Testy systemu przeciwlotniczego NOMADS
Manewry NATO Formidable Shield 2025. Testy systemu przeciwlotniczego NOMADS
Latające cysterny mogą szybować 100 lat. Są kluczowe dla US Air Force
Latające cysterny mogą szybować 100 lat. Są kluczowe dla US Air Force
Ukraińskie Siły Specjalne zniszczyły rzadki system Uragan-1
Ukraińskie Siły Specjalne zniszczyły rzadki system Uragan-1
W 10 sekund wykryją zaburzenia psychiczne. Rewolucyjna metoda AI
W 10 sekund wykryją zaburzenia psychiczne. Rewolucyjna metoda AI
Zamówili niemal setkę F‑35. Chcieliby zrezygnować, ale już nie mogą
Zamówili niemal setkę F‑35. Chcieliby zrezygnować, ale już nie mogą
Co to jest? Każdy z nas "promienieje" tajemniczą aurą
Co to jest? Każdy z nas "promienieje" tajemniczą aurą
Ukraińcy muszą chować czołgi. "Większość czasu w stodołach"
Ukraińcy muszą chować czołgi. "Większość czasu w stodołach"
Pomoc z drugiego końca świata. Obiecane pojazdy już w Ukrainie
Pomoc z drugiego końca świata. Obiecane pojazdy już w Ukrainie
Pentagon inwestuje w AI. Czas wykrywania celów skrócony o 80 proc.
Pentagon inwestuje w AI. Czas wykrywania celów skrócony o 80 proc.