FoodPro Preloader

Quantum Effects Utnyttet til å generere tilfeldige tall


Et team av forskere har kanskje utviklet verdens mest intrikate myntkast, en enhet som benytter vakuumkamre, magnetfelt, lasere og mikrobølgeimpulser for å produsere en tilfeldig streng av 0s og 1s-hver representerer hoder eller haler, i det vesentlige. Kompleksiteten er nødvendig for å flytte generasjonen av tilfeldige tall utover den vanskelige å forutse, men fundamentalt deterministiske verden av klassisk fysikk og inn i kvantemekanikkens rike, hvor usikkerhet tar tak. Ant

Et team av forskere har kanskje utviklet verdens mest intrikate myntkast, en enhet som benytter vakuumkamre, magnetfelt, lasere og mikrobølgeimpulser for å produsere en tilfeldig streng av 0s og 1s-hver representerer hoder eller haler, i det vesentlige. Kompleksiteten er nødvendig for å flytte generasjonen av tilfeldige tall utover den vanskelige å forutse, men fundamentalt deterministiske verden av klassisk fysikk og inn i kvantemekanikkens rike, hvor usikkerhet tar tak.
Antonio Acín, en fysiker ved Institutt for fotonvitenskap i Spania og en forfatter av et papir som beskriver tilnærmingen i det 15. april-utgaven av Nature, sier at sann tilfeldighet er unnvikende. "Hvis du går til et kasino og spiller roulette, eller du spinner en mynt, hvis du hadde tilgang til startposisjon og hastighet på ballen eller mynten, kan du forutsi resultatet med sikkerhet, " sier han. "Den tilfeldigheten som vi har i vår verden er på grunn av mangel på kunnskap." (er en del av Nature Publishing Group.)
For mange formål som er nok - det er en grunn til at kasinoeiere har en tendens til å gå bedre enn sine lånere - men Acín bemerker at ekte tilfeldige tall er ønskelig for avansert kryptering og andre slike applikasjoner. "Du trenger litt tilfeldighet som ikke er basert på mangel på kunnskap" for de rike, sier Acín, fordi "kanskje noen har bedre kunnskap enn deg."
Til dette formål benyttet forskerne et par ytterbiumioner som kvantebiter eller qubits, hver begrenset til et privat vakuumkammer om en meter fra hverandre i et eksperimentelt system ved Joint Quantum Institute ved University of Maryland og National Institute of Standards og Teknologi. Avhengig av tilstanden til ionene, vil en resonans laserpuls enten føre til at de avgir en foton, som representerer en binær 1, eller forblir mørk, som representerer null. Hvert atoms tilstand kan ikke med sikkerhet kjenne til det måles med laserpulsen, det vil si at det er probabilistisk snarere enn deterministisk, så målingene kan brukes til å generere en egentlig tilfeldig streng av binære sifre.
Acins gruppe brukte statistiske tester for å vise at utgangen fra den nye enheten faktisk stammer fra kvantususikkerhet i stedet for fra rest deterministiske og dermed forutsigbare effekter. Ved å bruke såkalte Bell-ulikheter, viste forskerne at de to qubits delte en kvantemekanisk lenke kjent som entanglement, noe som betyr at måling av en qubits kvantemekanisk tilstand umiddelbart påvirker den av den andre qubit. Bell ulikhet, oppkalt etter irsk fysiker John Bell, markere hvor mye korrelasjon et rent deterministisk, ikke-sammenkoblet system burde ha. (Med andre ord dikterer de hvordan qubits skal oppføre seg hvis måling av en ikke har noen effekt på den andre.) Hvis ulikhetene blir krenket, må en usynlig og øyeblikkelig kobling være i spill som gjør det mulig for fjerne systemer å påvirke hverandre. Entanglement er ikke mulig i klassisk fysikk, så systemets natur må styres av kvantesvikt.
Gruppens apparat er ikke den første til å utnytte kvanteffekter for å produsere tilfeldige biter. Noen er allerede kommersielt tilgjengelige. Men for å sikre at utfallet av de fleste slike enheter er virkelig tilfeldig, ville en skeptisk bruker måtte spre den åpne og analysere dens indre arbeid, forteller Valerio Scarani, fysiker ved National University of Singapore, som skrev en kommentar som følger med forskningen i Naturen . I kontrast notater studere medforfatter Dzmitry Matsukevich, en postdoktoral forsker fra Joint Quantum Institute, den nye oppsettfunksjonen som en slags svart boks i prinsippet, man trenger ikke å forstå sin arbeid for å se at produksjonen er faktisk virkelig tilfeldig. "Selv om jeg ikke stoler på mine medarbeidere som bygger våre ionfeller og mistenker at de legger noen enhet inne i vakuumkammeret for å simulere fanget ioner, kan jeg fortsatt bekrefte å bruke Bell-ulikhetsbrudd at systemet adlyder kvantemekanikk, Matsukevich sier.
Kraftig, selv om det kan være, ikke forvent et tilfeldig tall generator basert på entangled qubits å finne veien inn i digitale spilleautomater når som helst snart. Selv i et ekstraordinært godt styrt system som det ved Joint Quantum Institute, der mikrobølgeutbrudd kan rotere atomene rundt en akse satt av et magnetfelt, er entanglement en finicky tilstand som kan bli ødelagt av et hvilket som helst antall utenpåvirkninger. Til tross for å forsøke å bekrefte forstyrrelser mellom qubits 95.000 ganger i sekundet, kunne forskerne bare etablere et sammenkoblet par hvert åtte minutter eller så, noe som til slutt ga bare noen få dusin tilfeldige biter i løpet av forsøket. Fordi Bell-overtredelsen er en statistisk test som krever en betydelig prøveforsøk, noterer Joint Quantum Institute-fysikeren og studerer medforfatter Christopher Monroe, "vi må kaste bort tid med å bygge opp statistikk bare for å vise et brudd."
Scarani bemerker at gruppens nåværende tilnærming er langt fra praktisk. "Med noen antagelser og det harde arbeidet til flere erfarne postdokumenter og doktorgradsstudenter klarte de å trekke ut 40 biter fra to høyvakuumkamre avkjølt til svært lave temperaturer, " sier han og bemerker at slike tilfeldige generatorer vil bevege seg mot praktisk bare hvis markedet anser dem nødvendige. Ellers sier Scarani, "ideen vil forbli en vakker demonstrasjon av kvantefysikkets kraft."

Hvordan en smittsom hundetumor gikk globaltDette er hvorfor Science elsker tvillingerBlade Runner: 18-Rotor "Volocopter" Flytter fra konsept til prototypeSjeldne FlareForstyrrer elektriske ladninger og magneter plass, på samme måte som en tyngdekraft gjør?Coral Clues Hint på Looming Global Warming SpikeGruppetanker: Forsker får $ 2,9 millioner for å videreutvikle sværm intelligensNy matematikk kunne nøytralisere patogener som motstår antibiotika