Máy tạo số ngẫu nhiên lượng tử nhanh nhất thế giới được công bố ở Trung Quốc

Quyền riêng tư là một trong những phẩm chất được xã hội đánh giá cao nhất. Khả năng gửi tin nhắn riêng tư và thực hiện các giao dịch tài chính mà không sợ bị giám sát nằm ở trọng tâm của nhiều hoạt động thương mại, quân sự và chính phủ.



Một công nghệ cho phép thực hiện điều này một cách hoàn hảo là mật mã lượng tử và nó yêu cầu một nguồn số ngẫu nhiên mạnh mẽ.

Nhưng có một vấn đề. Các số ngẫu nhiên rất khó tạo ra với số lượng lớn một cách đáng ngạc nhiên. Một trong những nguồn tốt nhất là thế giới lượng tử về cơ bản là ngẫu nhiên. Nhưng các bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử tốt nhất có sẵn trên thị trường chỉ tạo ra chúng với tốc độ một triệu mỗi giây, thấp hơn nhiều so với hàng chục tỷ mỗi giây mà nhiều ứng dụng yêu cầu.





Ngày nay, điều đó có vẻ đã thay đổi nhờ công trình của You-Qi Nie tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Hợp Phì về Khoa học Vật lý ở Trung Quốc và một vài người bạn nói rằng họ đã chế tạo một máy phát số ngẫu nhiên lượng tử có khả năng tạo ra 68 tỷ chúng mỗi giây. Họ nói rằng kỹ thuật này sẽ loại bỏ một rào cản quan trọng ngăn cản các chính phủ, quân đội và phần còn lại của chúng ta hưởng lợi từ bảo mật hoàn hảo.

Các số ngẫu nhiên phải không thể đoán trước và không thể tạo ra, và điều này quy định việc tạo ra chúng bằng các quy trình thuật toán thông thường, có xu hướng vừa có thể dự đoán vừa có thể tái tạo. Các nhà khoa học máy tính từ lâu đã biết rằng các chương trình tuyên bố tạo ra các số ngẫu nhiên thường không làm được gì.

Thay vào đó, các nhà vật lý đã chuyển sang các quá trình tự nhiên để tạo ra các con số ngẫu nhiên. Ví dụ, nhiễu loạn được cho là hoàn toàn ngẫu nhiên, vì vậy việc đo lường các hiệu ứng hỗn loạn mà bầu khí quyển có trên chùm tia laze là một phương pháp tạo ra các số ngẫu nhiên, mặc dù một số khá chậm và có thể dễ dàng bị sai lệch bởi các yếu tố môi trường.



huffington post polls clinton trump

Đó là lý do tại sao các nhà vật lý thích sử dụng các quá trình lượng tử để tạo ra các số ngẫu nhiên. Những điều này được cho là ngẫu nhiên về nguyên tắc và cơ bản về bản chất, điều này rất quan trọng vì nó có nghĩa là không thể có một quá trình vật lý cơ bản nào đó có thể tạo ra khả năng dự đoán.

Các nhà vật lý đã thử rất nhiều cách để tạo ra các số ngẫu nhiên lượng tử. Một trong những cách phổ biến nhất là gửi một luồng photon qua bộ tách chùm, truyền hoặc phản xạ chúng với xác suất 50 phần trăm. Chỉ cần đếm các photon được phản xạ hoặc truyền đi sẽ tạo ra một chuỗi ngẫu nhiên 0s và 1s.

Đó chính xác là cách hoạt động của trình tạo số ngẫu nhiên lượng tử có sẵn trên thị trường trên thế giới. Nhưng tốc độ của nó bị giới hạn ở khoảng một megabit mỗi giây. Đó là bởi vì các máy dò photon đơn không thể đếm nhanh hơn mức này.

Gần đây, các nhà vật lý đã bắt đầu bối rối với một kỹ thuật mới. Điều này phát sinh từ hai cách khác nhau mà các photon được tạo ra bên trong laser. Đầu tiên là bằng phát xạ kích thích, là một quá trình có thể dự đoán trước tạo ra các photon có cùng pha. Thứ hai là phát xạ tự phát, một quá trình lượng tử hoàn toàn ngẫu nhiên. Các photon này thường được coi là nhiễu và trong bất kỳ trường hợp nào cũng bị ngập khi tia laser hoạt động ở chế độ nghiêng hoàn toàn.



Tuy nhiên, sự phát xạ tự phát trở nên có ý nghĩa khi tia laser hoạt động ở mức ngưỡng của nó, trước khi sự phát xạ kích thích thực sự phát huy tác dụng. Nếu có thể đo được các photon này, thì có thể khai thác bản chất ngẫu nhiên của chúng.

You-Qi và đồng nghiệp đã làm chính xác điều đó. Những người này đã tạo ra một giao thoa kế có độ nhạy cao giúp chuyển đổi các dao động trong pha của các photon thành các thay đổi cường độ. Điều đó rất quan trọng vì các thay đổi cường độ có thể được đo lường dễ dàng bằng cách sử dụng các bộ tách sóng quang thông thường hoạt động ở tốc độ cao hơn nhiều so với các bộ phát hiện photon đơn lẻ.

Điều đó đã cho phép nhóm đo lường những thay đổi ngẫu nhiên này và số hóa chúng với tốc độ 80 Gbps. Sau đó, dòng dữ liệu này phải được làm sạch theo nhiều cách khác nhau để loại bỏ bất kỳ thành kiến ​​nào do quá trình đo lường đưa ra.

Nhưng sau đó, nhóm vẫn có thể tạo ra các số ngẫu nhiên với tốc độ 68 Gbps.

Không có cách nào để đảm bảo rằng bất kỳ dãy số nào là hoàn toàn ngẫu nhiên nhưng có một tập hợp các bài kiểm tra tiêu chuẩn có thể phát hiện ra một số loại mẫu nhất định, nếu chúng có mặt. You-Qi và cộng sự cho biết chuỗi số ngẫu nhiên của họ vượt qua tất cả các bài kiểm tra này với màu sắc bay bổng.

người đã khám phá ra suối nguồn của tuổi trẻ

Kết quả cuối cùng là bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử nhanh nhất từng được tạo ra bởi một số lợi nhuận.

Đó là công việc ấn tượng sẽ chuẩn bị nền tảng cho một số ứng dụng chính thống sử dụng mật mã lượng tử. Trình diễn của chúng tôi cho thấy rằng các bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử tốc độ cao đã sẵn sàng để sử dụng trong thực tế, You-Qi và cộng sự nói. Trình tạo số ngẫu nhiên lượng tử của chúng tôi có thể là một cách tiếp cận thực tế cho một số ứng dụng cụ thể như hệ thống QKD có tốc độ xung nhịp trên 10 GHz.

Nói cách khác, nhiều tổ chức cần một hệ thống thực tế cung cấp bí mật được đảm bảo bởi các định luật vật lý lượng tử có thể không còn nhiều thời gian để chờ đợi.

Tham khảo: arxiv.org/abs/1506.00720 : Tạo số ngẫu nhiên lượng tử 68 Gbps bằng cách đo dao động pha laser

giấu

Công Nghệ ThựC Tế.

Thể LoạI

Chưa Được Phân Loại

Công Nghệ

Công Nghệ Sinh Học

Chính Sách Công Nghệ

Khí Hậu Thay Đổi

Con Người Và Công Nghệ

Thung Lũng Silicon

Tin Học

Tạp Chí Mit News

Trí Tuệ Nhân Tạo

Khoảng Trống

Những Thành Phố Thông Minh

Chuỗi Khối

Câu Chuyện Nổi Bật

Hồ Sơ Cựu Sinh Viên

Kết Nối Cựu Sinh Viên

Tính Năng Mit News

1865

Quan Điểm Của Tôi

77 Đại Lộ Mass

Gặp Gỡ Tác Giả

Hồ Sơ Hào Phóng

Đã Nhìn Thấy Trong Khuôn Viên Trường

Thư Của Cựu Sinh Viên

Tin Tức

Bầu Cử 2020

Có Chỉ Mục

Dưới Mái Vòm

Vòi Chữa Cháy

Truyện Vô Hạn

Dự Án Công Nghệ Đại Dịch

Từ Tổng Thống

Truyện Bìa

Triển Lãm Ảnh

Tạp Chí Tin Tức Mit

Đề XuấT