Група вчених з МДУ розробила і сконструювала компактний високошвидкісний квантовий генератор істинно випадкових чисел.
"Розвиток сучасних квантових технологій відкрив нові перспективи для створення систем захищеного зв'язку. Найбільш яскравий приклад - квантова криптографія. Для розподілу секретних ключів у системах квантової криптографії потрібна велика кількість випадкових послідовностей 0 і 1. Для цих цілей використовуються квантові генератори випадкових чисел ", - пояснює Сергій Кулик, доктор фізико-математичних наук, професор кафедри квантової електроніки фізичного факультету МДУ.
Широко поширені генератори випадкових зазвичай засновані або на математичних перетвореннях, або на вимірах стану фізичної системи. Як би не були складні математичні формули або фізичні закони, закладені в принцип генератора, їх послідовності чисел виходять псевдослучайними, тому що їх теоретично можна відновити.
Вчені МДУ розробили і сконструювали такий генератор, послідовності чисел яких можна вважати істинно випадковими. Справа в тому, що в основі дії нової розробки лежать закони релятивістської, а не класичної фізики. Дослідникам вдалося оптимально вибрати і згрупувати фотозвіти для вихідної послідовності і домогтися швидкості генерації випадкової послідовності швидкістю в 64 Мбіт/с, 75 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Згенеровані послідовності успішно пройшли статистичні тести NIST на випадковість.
"Результати вимірювань над квантовою системою, приготованою щоразу в одному і тому ж стані, носять принципово випадковий характер. Тому справжня випадковість має місце тільки в квантовій області ", - підсумував Сергій Кулик.
Випадкові числа широко використовуються в різних галузях науки і техніки, наприклад, при обчисленні багатовимірних інтегралів, моделюванні різних процесів методом Монте-Карло. Найбільш широке застосування випадкові числа знаходять у криптографії. Випадкові послідовності використовуються для секретних ключів у системах симетричного шифрування, генерації паролів, PIN кодів для різних типів пластикових карт, кодів автентифікації, ймовірних алгоритмів і систем квантового розподілу ключів. Практично для всіх згаданих застосувань потрібні випадкові числа, отримані виключно з фізичних генераторів.
При реалізації квантових генераторів випадкових чисел принципово важливо мати математично доведений і фізично експериментально перевіряється процес вимірювань над системою, з якого генерується вихідна випадкова послідовність. Це дозволяє бути впевненим, що походження випадковості дійсно має квантову природу.
Результати дослідження опубліковані в журналі Laser Physics Letters.