Текст уведомления здесь

Создан генератор случайных чисел, умеющий оценивать энтропию

Исследователи из Женевского университета разработали новый метод генерации случайных чисел на основе законов квантовой физики.
Добавить в закладки
Комментарии

С появлением систем хранения и передачи данных появились также системы, позволяющие перехватывать эти данные. Поэтому важную информацию зашифровывают с помощью криптографических ключей. Они представляют собой секретный набор символов, который используется неким алгоритмом для шифрования/дешифрования. Даже если алгоритм будет вычислен, без ключа «достать» информацию невозможно.

Хороший криптографический ключ должен состоять из чередующихся случайным образом нулей и единиц, которые составляют базовую единицу информации (бит) в цифровых устройствах, например в компьютерах. Кажется, что создать случайный набор цифр легко, но специалисты по теории информации давно поняли, что на самом деле получить действительно случайную последовательность довольно сложно. Даже если человек будет хаотично нажимать на цифры на клавиатуре, возникает определенная последовательность или выраженное преобладание одной цифры. Еще одним недостатком «ручной» генерации ряда цифр является скорость, в миллионы раз меньшая, чем скорость генерации цифр машиной. Последняя также имеет алгоритм выбор цифр, пусть и очень сложный, но поддающийся расшифровке.

Для решения проблемы предвзятости исследователи из Женевского университета разработали новый генератор случайных чисел, основанный на принципах квантовой физики.

Квантовая физика основана на непредсказуемости действия. В отличие от классической физики в ней нет зависимости действия от причины. Если мы толкнем шарик, лежащий на плоской поверхности, он обязательно покатится — таковы ясные и понятные законы классической физики. Но если направить фотон на полупрозрачное зеркало, мы не можем заранее предсказать, отразится он или пройдет через зеркало. Потому что в квантовой физике действие случайно. Следовательно, генератор на основе законов квантовой механики невозможно упрекнуть в предвзятости или наличии алгоритма.

Квантовые генераторы случайных чисел уже существуют, но имеют ограничение: пользователю невозможно убедиться, что генерируемые числа действительно случайны, а не состоят, например, из цифр последовательности числа π. Пользователь должен просто доверять устройству.

Преимущество нового генератора в том, что исследователи разработали метод его самодиагностики. Она позволяет пользователю проверять, что устройство генерирует именно случайные цифры. Иначе говоря, генератор может в реальном времени оценивать уровень энтропии выдаваемой информации. Чем больше энтропия, тем больше случайность выдаваемых чисел, и наоборот.

Самопроизвольный квантовый генератор случайных чисел позволит повысить безопасность паролей и криптографических протоколов еще на одну ступень. Здесь безопасность гарантируется самими законами физики, а не технологическими ограничениями хакеров. Также создатели обещают, что он прост во внедрении и быстрее в скорости обработки информации, чем аналоги.

Работа опубликована в журнале Physical Review Applied.

О том, что такое квантовые компьютеры и как они могут терять информацию, читайте на «Чердаке».

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Женщины, пьющие чай, меняются эпигенетически

Шведские ученые из Университета Уппсала обнаружили, что, когда женщины регулярно употребляют чай, это вызывает в их организме изменения эпигенома, связанные с возникновением раковых заболеваний.
Добавить в закладки
Комментарии

Эпигенетика — область генетики, которая изучает изменения в активности генов без изменения нуклеотидной последовательности самой ДНК. Посредством различных эпигенетических механизмов (таких как модификация гистонов и метилирование ДНК, то есть присоединение к ней метильных групп) конкретные гены проявляют свою активность в нужный момент. Особенно важную роль эпигенетика играет в процессе развития организма, когда из совершенно одинаковых клеток эмбриона посредством эпигенетических механизмов появляются клетки печени, глаз, кишечника и других органов. Также эпигеном играет большую роль в поддержании стабильного здоровья человека, и сегодня уже известно множество распространенных болезней, таких как диабет и атеросклероз, которые напрямую связаны с нарушениями эпигенома.

К изменениям эпигенома могут привести различные факторы окружающей среды, привычки (например, курение, употребление алкоголя) и образ жизни. В новой работе шведские ученые проследили, каким образом регулярное употребление чая влияет на эпигеном людей. Предыдущие исследования показали, что кофе и чай могут играть важную роль в уменьшении риска заболевания у людей, так как подавляют активность онкогенов. Также они уменьшают воспаления и др. Как предполагается, эти благоприятные механизмы могут быть опосредованы изменениями метилирования ДНК.

Чтобы это подтвердить, ученые провели исследование метилирования ДНК в геномах 3096 человек. ДНК-метилирование анализировали на 421,695 участках так называемых CpG-островов (то есть компактно расположенных в геноме, связанных вместе нуклеотидов гуанин и цитозин), распределенных по всему геному. Результаты работы показали, что у женщин, регулярно потребляющих чай, имеются эпигенетические изменения в генах DNAJC16 и TTC17, участвующих в опухолевых образованиях и метаболизме женских гормонов, эстрогенов.

У мужчин подобных изменений обнаружено не было. Как пишут ученые, потребление чая снижает уровень именно женских гормонов — эстрогенов, что подчеркивает потенциальную разницу между биологическим ответом на чай у мужчин и женщин. [ ... ]

Читать полностью

Искусственному интеллекту привили любопытство

Информатики из Университета Техаса и компании DeepMind разработали новый алгоритм, позволяющий искусственному интеллекту «мотивировать» себя на изучение окружающего мира и таким образом учиться быстрее и эффективнее.
Добавить в закладки
Комментарии

Специалисты в области искусственного интеллекта (ИИ) давно работают над алгоритмами «любопытства», которые позволяли бы машинам самостоятельно исследовать окружающий мир и обучаться ради самого процесса обучения. Однако скопировать человеческую любознательность очень сложно. Например, большинство существующих алгоритмов не способны оценить пробелы ИИ в знаниях, чтобы предсказать, что ему будет интересно, до того, как он это увидит. То есть компьютер пока не способен в отличие от человека оценить, интересна ли ему книга, только по ее обложке.

Кроме того, люди (в частности, маленькие дети) исследуют не все подряд и не случайным образом — они выбирают любопытную для них часть реальности и концентрируются на ней, так как у них возникает внутренняя мотивация заниматься именно этим.

Двое исследователей — Тодд Хестер, сотрудник компании Google DeepMind (именно ее алгоритм AlphaGo победил чемпиона мира в настольной игре го) и информатик из Университета Техаса Питер Стоун — решили приблизить ИИ к человеческому способу познания мира и разработали новый алгоритм любопытства под названием «Целенаправленное исследование с внутренним вознаграждением за вариативность и новизну» (Targeted Exploration with Variance-And-Novelty-Intrinsic-Rewards (TEXPLORE-VENIR).

Алгоритм основан на технике, которая называется «усиленное обучение». В процессе усиленного обучения программа пробует что-то делать, и, если это действие продвигает ее ближе к некой установленной цели, например к концу лабиринта, программа получает небольшое вознаграждение и с большей вероятностью повторит этот маневр в будущем. [ ... ]

Читать полностью

Воду можно заменить кислым синим светом

Биологи из Университета Эссена и Калифорнийского технологического института в Пассадене выяснили, что животные могут определять считавшуюся до сих пор безвкусной воду на вкус, а также пить свет, если он кажется им кислым.
Добавить в закладки
Комментарии

Считается, что язык различает пять вкусов — соленый, кислый, сладкий, горький и так называемый умами (например, такой вкус имеет глутамат). С древних времен считалось, что у воды вкуса нет.

Но некоторые недавние исследования нейробиологов показали, что кортекс млекопитающих специфически реагирует на воду. Однако о клеточном и молекулярном механизме этого взаимодействия ученым было почти ничего не известно. Очевидно, что мозг получает сигналы о жажде или ее прекращении из ротовой полости, так как животные и человек прекращают пить задолго до того, как клетки кишечника или крови дадут мозгу сигнал, что организму достаточно воды.

Нейробиологи из США и Германии решили выяснить, какие именно химические реакции происходят во рту при воздействии воды. Для этого они проводили эксперименты на мышах, у которых во вкусовых сосочках последовательно «отключали» вкусовые рецепторные клетки (TRCs), реагирующие на все вкусы, кроме какого-то одного: сладкого, кислого, горького, соленого или умами. Затем рот мышей промывали водой и фиксировали электрические импульсы, идущие от рецепторов и означающие, что они среагировали на раздражитель.

В итоге рецепторы с отключенными клетками, как и ожидалось, не реагировали на вкусы, за которые они «отвечают». Однако ученые выяснили, что рецепторные клетки, ответственные за кислый вкус, отчетливо активизировались при омывании их водой. [ ... ]

Читать полностью