Questo generatore di numeri casuali potrebbe essere il più casuale in assoluto

La casualità governa il tessuto stesso della realtà. Quindi ha senso solo che gli scienziati abbiano capito come usare la casualità della natura come strumento nel nostro mondo mondano.

I numeri casuali vanno di pari passo con la crittografia e la sicurezza online. Ma quando è qualcosa di veramente casuale? Esistono algoritmi informatici che si sforzano di generare casualità, ma questi possono spesso essere violati o riprodotti o richiedono un input non casuale. Poi ci sono varie cose casuali che accadono nel mondo reale su cui si può fare affidamento, come le palline usate nell'estrazione di una lotteria. Ma spesso, se capissi veramente le leggi della fisica, forse saresti in grado di prevedere il comportamento di queste palle. Gli scienziati del National Institute for Standards and Technology (NIST) stanno progettando di utilizzare la stranezza della meccanica quantistica per creare qualcosa di veramente casuale.

"Questo esperimento è casuale fintanto che non credi nel viaggio [più veloce della luce]", ha detto a Gizmodo Peter Bierhorst del NIST.

Per creare qualcosa di casuale, deve essere davvero imprevedibile. Ciò significa che anche se qualche nemico capisce tutto su come funziona il generatore di numeri casuali, non può comunque prevedere il risultato. Questa è la meccanica quantistica in poche parole, anche i fisici la definirebbero imprevedibile.

Il presupposto più basilare della fisica quantistica è che le particelle più piccole hanno proprietà innate, ma non è possibile conoscere in modo affidabile il valore di tali proprietà tra la loro creazione e la loro misurazione. Se qualcosa può essere prodotto in uno dei due possibili stati innati, non puoi sapere con precisione quale sarà lo stato prima di misurarlo.

Ma c'è sempre la possibilità che il tuo dispositivo che produce o misura le particelle possa introdurre un certo livello di prevedibilità. Quindi, questo team ha preso un'altra idea dalla meccanica quantistica, chiamata entanglement. Se le due particelle di luce vengono preparate insieme allo stesso tempo e interagiscono tra loro, allora restano intrappolate e la meccanica quantistica non ti permetterà di comprenderne una senza capire immediatamente l'altra. Ci sarà sempre una correlazione tra le due particelle.

Questo potrebbe far sembrare l'intera cosa non molto casuale. Ma in realtà, conferma che stai misurando la vera casualità quantistica. Finché le tue particelle di luce stanno dimostrando statisticamente di essere entangled, puoi usare il loro risultato come un generatore di numeri casuali quantistici.

L'esperimento crea questa configurazione con una L di cavi in ​​fibra ottica, ogni lato lungo circa 130 metri. All'intersezione della L, una coppia di particelle di luce viene preparata in uno stato entangled da un laser che brilla attraverso un cristallo speciale, dando loro una delle due polarizzazioni. Ciascuno viene inviato a un rilevatore su entrambe le estremità. Devi solo presumere che nulla viaggi più veloce della velocità della luce. I fisici devono assicurarsi che le particelle casuali e la correlazione tra le coppie di risultati casuali provengano dalla misurazione e non da qualcuno che invia informazioni più velocemente della velocità della luce tra di loro. Poiché niente viaggia più veloce della velocità della luce, non dovrebbe essere un problema.

Hanno pubblicato il documento oggi su Nature.

C'è un sacco di post-elaborazione in questo, scrive Stefano Pironio dell'Université libre de Bruxelles in Belgio in un commento sulla natura . È vero, dice, il generatore è "il metodo più meticoloso e sicuro per produrre casualità che sia mai stato dimostrato". Ma è anche enorme e richiede molto lavoro solo per pochi bit di computer casuali.

La generazione della casualità richiede di rilevare effettivamente i fotoni entangled con l'esperimento. Ci sono voluti circa 55 milioni di fotoni e 10 minuti per generare 1.024 cifre binarie casuali. I computer memorizzano i dati in codice binario, invece che in base 10, quindi 1.024 cifre binarie casuali potrebbero essere uno qualsiasi di 2 ¹⁰²⁴ numeri (è un kilobit).

Bierhorst ha detto a Gizmodo che forse c'è un futuro in cui qualcosa che si basa su questo metodo potrebbe essere ridimensionato. Su una scala più breve, forse possono integrarlo nel beacon di numeri casuali offerto dal NIST. È più un'idea che può ispirare altri generatori di numeri casuali.

Non ti ho mai detto che l'esperimento sarebbe stato facile, pratico o economico. Ho appena detto che sarebbe stato incredibilmente casuale.

[ Natura ]

Correzione: il pezzo precedentemente chiamato 2 ¹⁰²⁴ numeri un kilobyte. È un kilobit (tecnicamente un kibibit). Mi dispiace per quello.