Fizički generator slučajnih brojeva s najbržim ‘refleksima’
Rezultate istraživanja objavio je ugledni multidisciplinarni znanstveni časopis Scientific Reports (IF 5.58) kojeg objavljuje Nature Publishing Group.
Ruđerovac dr. sc. Mario Stipčević u suradnji s kolegom dr. sc. Rupertom Ursinom s Instituta za kvantnu optiku i kvantnu informatiku pri Austrijskoj akademiji znanosti, razvio je novi model kvantnog generatora slučajnih brojeva. Riječ je o uređaju koji na zahtjev, odnosno putem električnog impulsa, daje jedan slučajni bit u izuzetno kratkom vremenu i to uz 100 postotnu učinkovitost.
Uređaj funkcionira slično principu bacanja novčića s tim da bacanje i očitanje ‘novčića’ traje vrlo kratko i da novčić nikada ne ispadne iz ruke.Ovaj bi se sklop, u principu, mogao postojećom tehnologijom svesti na veličinu čipa, čime bi se otvorile mogućnosti za vrlo širok spektar primjena.
Slučajni brojevi igraju izuzetno važnu ulogu u kontekstu suvremenog društva koje se temelji na razmjeni informacija i digitalnoj obradi podataka u računalima, mobilnim uređajima, bankomatima i sl. Slučajni brojevi neizostavni su dio kriptografskih protokola koji su neophodni kako bi se osigurali sigurnost, privatnost i integritet podataka.
“Nizovi slučajnih brojeva potrebni su za cijeli niz primjena: kriptografsku zaštitu podataka, znanstvena istraživanja, simulacije, a koriste se i u stvarnim i virtualnim kockarnicama i on-line igrama, no je naša primarna motivacija bilo rješavanje fundamentalnog problema kvantnog sprezanja.” – objašnjava dr. Stipčević, viši znanstveni suradnik u ‘Ruđerovom’ Laboratoriju za elektromagnetske i slabe interakcije te voditelj Istraživačke jedinice za fotoniku i kvantnu optiku Centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore – CEMS.
Svatko tko se bavi programiranjem zna da su softverski generirani slučajni brojevi zapravo pseudo-slučajni, međusobno povezani matematičkom formulom i stoga predvidljivi i nesigurni za primjenu u kriptografiji te mogu dati pogrešne rezultate u znanstvenim simulacijama. Za razliku od pseudo-slučajnih softverskih generatora koji se često koriste u računalnim metodama, fizički generatori slučajnih nizova brojeva, poput ovog, ne ovise o složenim algoritmima, već o fundamentalnoj slučajnosti odabranog fizičkog procesa.
U ovom radu pod naslovom: “An On-Demand Optical Quantum Random Number Generator with In-Future Action and Ultra-Fast Response” znanstvenicima je pošlo za rukom razviti generator koji je jednostavan za primjenu, koji nudi 100 postotnu učinkovitost u proizvodnji slučajnog bita svaki puta kad ga se to traži i to u vrlo kratkom vremenu (ispod 10 nanosekundi), a da pri tome ništa u prošlosti (tj. prije ‘bacanja novčića’) ne utječe na rezultat.
“Kašnjenje između zahtjeva i dostupnosti slučajnog bita kod novog kvantnog generatora slučajnih brojeva je nedvojbeno najkraće moguće s postojećom tehnologijom s obzirom da ona zahtijeva minimalni logički slijed procesa potrebnih za generiranje jednog bita, odnosno samo jedan proces emisije i jedan proces detekcije fotona – najmanje količine svjetla.” – objašnjava Stipčević.
Istraživanje je učinjeno u sklopu Istraživačke jedinice za fotoniku i kvantnu optiku Centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore – CEMS.