Устройство выдает числовые последовательности более чем в 100 раз быстрее, чем другие генераторы.
Новый лазер может одновременно генерировать множество последовательностей случайных чисел, подобно бросанию нескольких игральных костей за раз. Такие сверхбыстрые генераторы случайных чисел могли бы когда-нибудь помочь в обеспечении безопасности онлайн-коммуникаций или в сложных компьютерных симуляциях.
По обычным меркам дизайн нового лазера — полная чушь. Вместо того, чтобы производить четкий, устойчивый луч, лазер испускает нечеткое пятно света, полное случайных мерцающих ярких пятнышек. Но для группы физиков беспорядочный выходной сигнал лазера является его самым большим преимуществом. Хаотические колебания света лазера могут быть преобразованы в 254 триллиона случайных чисел в секунду — более чем в 100 раз быстрее , чем другие генераторы случайных чисел с питанием от лазера.
«Это чудесный шаг» к более эффективной генерации случайных чисел, — говорит Раджарши Рой, физик из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.
Генераторы случайных чисел являются ценными инструментами в вычислительной технике. Они используются для создания ключей шифрования, которые шифруют личные данные, такие как пароли и номера кредитных карт, чтобы информация могла безопасно передаваться через Интернет. Компьютерное моделирование сложных систем, таких как климат Земли или фондовый рынок, также требует множества случайных чисел, чтобы должным образом фиксировать случайные события, происходящие в реальной жизни.
Лазеры могут генерировать случайные последовательности чисел благодаря крошечным естественным колебаниям частоты света с течением времени. Но использование лазерного луча для создания таких случайных чисел похоже на многократное бросание одного игрального кубика. Чтобы одновременно генерировать множество строк случайных цифр с помощью одного лазера, физик Хуэй Цао из Йельского университета и его коллеги придумали новый дизайн.
В лазере команды свет отражается между зеркалами, расположенными на обоих концах полости в форме песочных часов, прежде чем выйти из устройства. Эта неправильная форма позволяет световым волнам различных частот рикошетить через лазер и накладываться друг на друга. В результате, когда лазер освещает поверхность, его свет представляет собой постоянно меняющийся узор из крошечных точек, которые случайным образом становятся ярче и тускнеют. Яркость в каждом месте рисунка с течением времени может быть переведена компьютером в случайную последовательность единиц и нулей.
Цао и ее коллеги направили лазер на высокоскоростную камеру, которая измеряла интенсивность света в 254 точках поперек луча примерно каждую триллионную долю секунды. Но эта камера отслеживала лазерный луч всего пару наносекунд, прежде чем ее память заполнилась, после чего данные были загружены в компьютер для кодирования нулей и единиц, говорит Даниэль Готье, физик из Университета штата Огайо, который написал комментарий об исследовании в журнале Science . Чтобы работать в реальном мире, этот генератор случайных чисел должен был быть оснащен детекторами света, которые могли бы отправлять быстрые измерения яркости на компьютеры в режиме реального времени.