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搖動愛因斯坦的骰子:開發量子亂數產生器

量子力學暗示,在實驗測量中的不確定性是大自然固有的一部份 — 這個想法,愛因斯坦輕蔑地將之視為「搖骰子」。真正的量子隨機性(那是愛因斯坦所顧慮的)與傳統的賭博骰子全然不同,其運動遵循古典力學的定律,也因而是偽隨機(pseudo-random,假隨機)。只要有初始狀況的正確物理資訊,骰子搖出來的結果可精確地被預測出來。

現在,一個由 Dr. Benjamin Sussman 所領導的 National Research Council (NRC) 團隊在 Optics Express 的線上版報告,已成功利用量子力學的波動性創造出一顆真正隨機骰子的物理模擬。更重要的是,他們的骰子可以被搖的非常迅速而且能輕易地被測量,具有改變未來高速資訊網路安全性的潛力 — 從加密的軍事通訊到使個人線上購物安全、為樂透彩產生隨機數字,或用於高效能運算應用。

為了安全性而倚賴隨機數列的裝置到處都有,且數列在眾多協定中被當成加密金鑰使用。然而快速、可靠地產生真正的隨機數列(亂數數列)一直都是種挑戰。當前絕大多數技術都倚賴電腦演算法所產生的數列,那實際上是決定性的(deterministic) — 只有表面上的隨機。當倚賴隨機數列的技術愈來愈多,「這些數字並非真正隨機」這個事實會使問題愈來愈多。

Dr. Sussman 與他的團隊已開發出一種新奇的解決方案。研究者們利用受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)把電磁場的量子真空波動擴大到巨觀的強度。高強度讓他們能利用便利的、巨觀的裝置,例如 PIN diodes(該裝置低成本高速度),來測量所產生光脈衝的光相位。團隊成員 Dr. Philip Bustard 解釋,"因為量子真空是隨機的,故所產生的光脈衝相位也是隨機的。相位測量可被轉換成二進位,產生所需要的隨機位元序列。"

當現代安全基礎建設與數位經濟將政府、企業與個人的秘密放入網際空間時,資訊因弱點而受到攻擊的可能性就會愈大。Dr. Sussman 提到,"雖然骰子的搖動自古至今對於賽局遊戲來說不可或缺,不過隨機數的重要性卻未曾更加顯而易見。除了其為可靠的樂透彩與賭博平台而產生亂數的應用之外,一個真正的隨機數產生器將為通訊提供牢不可破的加密 — 不管那是軍事傳輸、安全的銀行往來或線上購物 — 那支撐現代的連結世界。"

資料來源:PHYSORG:Researchers roll Einstein’s dice: Developing a quantum random number generator[November 30, 2011]

轉載自only-perception

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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D