Zbudowano generator losowości doskonałej

Zjawisko losowości znajduje szerokie zastosowanie w nauce i technologii. Zapomnijcie jednak o przysłowiowej ruletce czy grze w kości - w poszukiwaniu czystej przypadkowości uczeni mierzą dziś fluktuacje kwantowe. Ale co to właściwie daje?

To, co w codziennym życiu nazywamy przypadkiem, wynika w rzeczywistości jedynie z naszego braku wiedzy. Z teoretycznego punktu widzenia, znając dokładnie szybkość obrotu koła ruletki oraz położenie i prędkość kulki w pewnej chwili, bylibyśmy w stanie przewidzieć pole, na jakim ta ostatnia się zatrzyma. Szczęśliwie dla właścicieli kasyn, gracze w praktyce raczej nie są w stanie pozyskać dostatecznej wiedzy o ruchu koła i kulki, wobec czego taka pseudolosowość ruletki jest w zupełności wystarczająca.

Inaczej rzecz się ma tam, gdzie potrzebne są znaczne ilości losowo generowanych liczb: w systemach szyfrujących, analizie statystycznej, a także symulacjach fizycznych, chemicznych, ekonomicznych, klimatologicznych... Nawet najwymyślniejsze stosowane dziś metody uzyskiwania przypadkowych zestawów liczb (wliczając nawet pomiar atmosferycznego szumu radiowego), mogą tam zwyczajnie zawodzić - nie być "wystarczająco przypadkowe".

Gdzie zatem szukać "prawdziwej" losowości? Jakie zjawiska są, w odróżnieniu od gry w ruletkę, całkowicie nieprzewidywalne nawet w zasadzie? Odpowiedź: zjawiska kwantowe.

Istnieją już generatory liczb losowych wykorzystujące proces rozpadu radioaktywnego. Niestety, działają one zbyt wolno, by pokryć ogromne i ciągłe zapotrzebowanie uczonych. Teraz niemiecko-duńskiemu zespołowi naukowców udało się skonstruować prototyp efektywnego urządzenia ekstrahującego najczystszą, bo kwantową przypadkowość w inny sposób.

Nieco upraszczając, w ich urządzeniu silna wiązka lasera dzielona jest na dwie równe części. Następnie, natężenia i jednej, i drugiej wiązki są bardzo dokładnie mierzone oraz obliczana jest ich różnica. Można by się spodziewać, że wynikiem tego odejmowania będzie zawsze zero. Nie jest tak jednak w burzliwym świecie kwantów, gdzie kwantowomechaniczne fluktuacje to osłabiają, to wzmacniają w różnym stopniu każdą z wiązek. Niekiedy więc zmierzona różnica natężeń rzeczywiście wyniesie zero, ale też czasami będzie dodatnia, a czasami ujemna.

Mechanika kwantowa gwarantuje, że można jedynie podać prawdopodobieństwo uzyskania takiego czy innego wyniku. Samego wyniku przewidzieć się już nie da. I to nie z powodu naszej niewiedzy, a wskutek całkowicie losowej natury zjawisk kwantowych.

Konstruktorzy zaznaczają, że ich dzieło wcale nie jest zbyt wyrafinowane z technicznego punktu widzenia. Potrzebne komponenty należą do podstawowego wyposażenia współczesnych laboratoriów laserowych, w związku z czym samo urządzenie ma być stosunkowo tanie. Zapewne również z tego powodu już kilka firm zgłosiło swoje zainteresowanie komercyjnym wykorzystaniem tej technologii.

Źródło: ScienceDaily