Женевские физики оптимизировали квантовый генератор случайных чисел

Случайные числа играют важную роль во многих областях, таких как криптография, компьютерное моделирование и статистический анализ.

Однако получение длинных последовательностей истинно случайных величин представляет крайне сложную задачу. Технология квантовой генерации случайных чисел (QRNG) использует случайность, естественно присущую квантовым системам. Так, невозможно точно определить количество фотонов, выпущенных за определенный интервал времени однофотонным источником излучения. Неопределенность в измерениях и дает требуемую случайность.

Существующие сегодня методы QRNG делятся на две категории: аппаратно-зависимые и аппаратно-независимые. Первая категория используется во всех коммерческих QRNG, генерирующих до 4 млн случайных бит в секунду, и требует детальных сведений о функционировании задействованных в протоколе устройств. Вторая — обеспечивает еще более высокую защиту и не нуждается в информации об устройствах, но сложна в практической реализации и выдает случайные числа крайне медленно.

В новой статье, опубликованной в Physical Review Letters, физики из Женевского университета описывают разработанный ими протокол, который можно рассматривать как компромисс между этими двумя подходами к QRNG.

Он нуждается только в нескольких общих предположениях об устройствах, чтобы обеспечить быстродействие 23 случайных бита в секунду. По этому показателю и по уровню защиты он также занимает промежуточную позицию между аппаратно-зависимыми и аппаратно-независимыми методами, но, подобно первым, данный протокол можно реализовать на базе стандартной технологии.

Главное достоинство нового протокола заключается в его самопроверке, т.е. в способности давать в реальном времени оценку случайности экспериментального измерения энтропии фотонных данных. Он также позволяет отличать эту истинную случайность от других источников, таких как техническое несовершенство. «Главной целью для нас было найти сценарий, предлагающий оптимальный компромисс между безопасностью и простотой применения», — заявил один из авторов работы, Николас Брюннер (Nicolas Brunner).