Случайные числа являются основополагающим элементом в криптографии, статистическом моделировании и разных фундаментальных исследованиях. Качество случайности здесь напрямую определяет точность численных методов и безопасность криптографических систем.
В связи с этим для генерации истинных случайных чисел всё чаще используются физические явления различной природы. Квантовые генераторы случайных чисел (КГСЧ) основаны на внутренней случайности квантово-механических систем. Широкое распространение в качестве источников энтропии получили статистическое распределение числа фотонов, суперлюминесценция, фазовые шумы лазеров, комбинационное рассеяние света, вакуумные флуктуации.
Сложность конструкции КГСЧ и достижимая скорость генерации во многом зависят от выбранного источника энтропии. При этом не каждая физическая система успешно воспроизводится в интегральном исполнении, что затрудняет внедрение КГСЧ в промышленные устройства.
Ученые НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра в составе международной исследовательской группы разработали самый быстрый и доступный квантовый генератор случайных чисел. Созданное устройство генерирует случайные числа со скоростью 8.05 Гб в секунду и подтверждает их случайный характер в режиме реального времени. Технология может лечь в основу производства коммерческих генераторов случайных чисел, применяемых в криптографии и для моделирования сложных систем.
«Квантовые процессы позволяют генерировать числа, случайность которых гарантируется законами физики. Разрабатываемые на квантовых принципах устройства для генерации случайных чисел имеют ряд важных практических приложений», – подчеркивает Алексей Федоров, один из авторов исследования, руководитель научной группы РКЦ, руководитель лаборатории Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС».
В ходе эксперимента ученые направляли излучение от источника, который считается недоверенным, на один из двух входных портов светоделителя, при этом второй порт оставался пустым, «принимая» на вход вакуум. У выходов светоделителя были установлены детекторы, фиксировавшие число попадающих в них фотонов. Поскольку каждый фотон, приходящий на симметричный светоделитель, с одинаковой вероятностью может быть обнаружен в одном из двух выходов светоделителя, разницу в количестве фотонов, приходящих на детекторы, невозможно предсказать – она является случайной величиной.
Источник: Integral
