Ученые НИТУ «МИСиС» и Российского квантового центра вместе со своими зарубежными коллегами спроектировали и создали самый быстрый и доступный квантовый генератор случайных чисел. Технология может лечь в основу производства коммерческих генераторов случайных чисел, применяемых в криптографии и для моделирования сложных систем.
Источник изображения: НИТУ «МИСиС»
Генераторы случайных чисел как важнейшая составляющая многих алгоритмов, включая алгоритмы шифрования и численного моделирования, обещают оказаться востребованной продукцией для целого спектра областей. Во-первых, это шифрование данных, дешифровке которых угрожают квантовые вычислители. Во-вторых, это использование в научных экспериментах. В-третьих, сфера искусственного интеллекта. И этими тремя позициями спрос на истинные генераторы случайных чисел не ограничивается.
Лабораторная установка. Источник изображения: НИТУ «МИСиС»
Новый метод генерации истинно случайных чисел предложили ученые НИТУ «МИСиС», РКЦ, Окфордского университета, Голдсмитского колледжа и Свободного университета Берлина. Он основан на использовании квантовых свойств фотонов, подделать или предсказать которые нельзя. Более того, учёные также предложили метод сертификации в реальном времени полученных оптическим генератором случайных чисел и достигли в этом рекордных показателей — 8,05 Гбайт/с.
Блок-схема установки. Источник изображения: публикация в Physics Review X
Предложенная установка выглядит следующим образом. Недоверенный источник фотонов (лазер) подаёт излучение на один из двух входных портов светоделителя. На второй порт не подаётся ничего. На выходах светоделителя расположены фотодетекторы. Поскольку светоделитель симметричный, фотон с одинаковой и непредсказуемой вероятностью попадёт либо на один детектор, либо на другой. Данные с датчиков проходят АЦП и подаются на схему, которая подсчитывает фотоны и генерирует истинное случайное число. Истинность его подтверждается входным несимметричным светоделителем и фотодетектором, которые ведут подсчёт фотонов, прошедших в систему.
Блок-схема электронной части генератора случайных чисел. Источник изображения: публикация в Physics Review X
«Технология может лечь в основу производства коммерческих генераторов случайных чисел, применяемых в криптографии и для моделирования сложных систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics Review X», — сообщается в пресс-релизе НИТУ «МИСиС».
Примером использования подобных генераторов может служить запущенная в начале этого месяца в Китае услуга зашифрованных квантовым шифрованием мобильных звонков. В много меньшем масштабе генерируемые квантовым методом случайные числа используются в «квантовом» смартфоне Samsung, что также подтверждает потенциальный спрос на подобную продукцию.
Источник:
