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

Физики научились очень точно делать оптические микрорезонаторы

Профессор Астонского университета и инженер-исследователь из Университета ИТМО разработали недорогую и практичную технологию изготовления оптических микрорезонаторов с рекордно высокой на сегодняшний день точностью. Микрорезонаторы станут основой для создания квантовых компьютеров.
Добавить в закладки
Комментарии

Оптический микрорезонатор — это ловушка для света в виде крохотного утолщения оптоволокна. Для того, чтобы кодировать информацию, нужно изменять скорость сигналов, а поскольку свет нельзя сделать быстрее, нужно делать его медленнее. Так как фотоны нельзя остановить, нужно задержать их поток, для этого и используют цепочки оптических микрорезонаторов.

Замедление сигнала происходит благодаря

эффекту шепчущей галереи

: попадая в резонатор, световая волна отражается от стенок и закручивается. Благодаря округлой форме резонатора свет может довольно долго отражаться внутри него, и, таким образом, фотоны идут от одного резонатора к другому со значительно меньшей скоростью. [ ... ]

Читать полностью

Физики «утрамбовали» элементы квантового компьютера

Физики из МФТИ, Российского квантового центра и других учреждений использовали многоуровневые квантовые системы, каждая из которых способна работать как несколько «обычных» квантовых элементов. Этот метод упростит создание квантового компьютера.
Добавить в закладки
Комментарии
Квантовые компьютеры

смогут решать некоторые задачи, которые сейчас недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. В отличие от обычных компьютеров, вычислительный элемент которых — бит — может находиться только в двух состояниях (нуля и единицы), квантовые компьютеры будут состоять из 

кубитов

, которые создаются квантовыми объектами, а значит, могут кодировать состояния, промежуточные между нулем и единицей. [ ... ]

Читать полностью

Квантово запутанная частица влияет на «напарницу» даже из космоса

Китайские физики установили, что «квантовая запутанность» — состояние двух фотонов, позволяющее предсказать поведение первого фотона, если известно состояние второго, — сохраняется даже на расстояниях, которых невозможно достичь между частицами на Земле.
Добавить в закладки
Комментарии

Квантовая запутанность — в квантовой физике явление, при котором состояние двух или более объектов (как правило, частиц) взаимозависимо. То есть, если измерить параметр одной из двух запутанных частиц, параметр второй становится известен автоматически, и это происходит даже на расстоянии во много километров между частицами. По этой причине Альберт Эйнштейн называл квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии».

Если в эксперименте «запутать» пару фотонов, потом «отправить» один из них в другую страну, а затем измерить спин (характеристику, описывающую условное вращение фотона вокруг своей оси) первого фотона, то можно не сомневаться: спин второго фотона будет противоположен спину первого. Иностранные коллеги-ученые смогут это подтвердить.

В земных условиях ученые изучают «поведение» запутанных фотонов при помощи оптоволокна. Однако проводить достоверные эксперименты можно только на расстоянии приблизительно в 100 км. На большем расстоянии оптоволокно поглощает фотоны и искажает условия эксперимента.

Чтобы преодолеть ограничения оптоволокна, китайским ученым пришлось выйти в открытый космос. Поскольку летящий из космоса фотон большую часть пути преодолевает в космическом вакууме, который не поглощает фотоны, точность «космического» эксперимента на 4—8 порядков выше, чем прямая двунаправленная передача двух фотонов через оптоволоконный кабель. [ ... ]

Читать полностью