Учёные создали самый быстрый в мире генератор случайных чисел, основанный на квантовых принципах. Устройство использует простой лазер и генерирует случайные данные с невероятной скоростью — 250 триллионов бит в секунду. Эта технология открывает путь к созданию компактных устройств, которые можно будет разместить на одном компьютерном чипе, что особенно важно для сфер шифрования данных и научного моделирования.
Исследователи построили рекордный генератор, используя лазер. В его основе лежит измерение флуктуаций (случайных колебаний) интенсивности света — это и есть источник желанной истинной случайности. Такой ресурс критически важен для приложений, где предсказуемость несёт риски, например, в криптографии или сложных симуляциях.
Почему обычной случайности недостаточно?
Найти подлинную, не поддающуюся предсказанию случайность — сложная задача. Алгоритмы в обычных компьютерах генерируют лишь псевдослучайные последовательности. Со временем в них проявляются закономерности, что делает их уязвимыми для взлома и декодирования. Для повышения безопасности учёные обратились к фундаментальным законам квантовой механики, где случайность некоторых процессов (например, распада атома) гарантирована самой природой.
Квантовый лазер: от стабильности к хаосу
Один из популярных методов получения квантовой случайности — использование шума при испускании фотонов в лазерных материалах. Обычные лазеры, наоборот, борются с этими флуктуациями, чтобы получить стабильный луч постоянной интенсивности. Для генерации случайных чисел нужен обратный подход. «Нам нужны случайные колебания интенсивности, чтобы оцифровать их и получить случайные числа», — поясняет Хуэй Цао, прикладной физик из Йельского университета.
Умное устройство в форме бабочки
Команда Цао создала лазерный материал из полупрозрачного полупроводника, придав ему необычную форму — галстука-бабочки. Фотоны многократно отражаются от изогнутых стенок этой структуры, прежде чем выйти в виде рассеянного луча.
Обратите внимание: Какой вид спорта самый полезный (с научной точки зрения).
Для регистрации света использовалась сверхбыстрая камера, которая одновременно записывала данные с 254 независимых пикселей. Их совместная работа позволила достичь рекордной скорости генерации — около 250 терабит в секунду. Это на порядки быстрее, чем у предыдущих аналогов, которые обрабатывали лишь один пиксель за раз.«Эта разработка представляет собой значительный скачок в производительности генераторов случайных чисел», — отмечает Кристер Шалм, физик из Национального института стандартов и технологий США.
Будущее в миниатюре
Современные компьютеры с тактовой частотой в гигагерцах пока не могут полностью использовать потенциал этого устройства. Однако технологию можно масштабировать и упростить: вместо сложной высокоскоростной камеры можно использовать более простые световые детекторы. Это открывает перспективу создания практичных и компактных устройств, которые поместятся на одном чипе. Такие чипы могли бы, например, обеспечивать новый уровень шифрования данных в мобильных телефонах и других портативных устройствах.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: ФИЗИКА: Это самый Быстрый Генератор случайных чисел, о чём идёт речь?.