دانشمندان یک مولد اعداد تصادفی با استفاده از لیزر فوق‌سریع ساختند.

منتشر‌شده در: zdnet به تاریخ ۱ مارس ۲۰۲۱
لینک منبع: Scientists have built this ultrafast laser-powered random number generator

یک سیستم مبتنی بر نور جدید می‌تواند برای تولید کلیدهای رمزنگاری که داده‌ها و تراکنش‌های بسیار حساس را تضمین می‌کنند، مورد استفاده قرار گیرد. دانشمندان با استفاده از یک لیزر در مقیاس تراشه، موفق به تولید جریان‌هایی با اعداد کاملا تصادفی در حدود ۱۰۰ برابر سرعت سریع‌ترین سیستم‌های تولید اعداد تصادفی که در حال حاضر در حال استفاده هستند، شده‌اند.

سیستم جدید، که به عنوان «تولید بیت تصادفی فوق موازی بسیار بزرگ» توصیف می‌شود، می‌تواند برای تولید کلیدهای رمزنگاری استفاده شود که داده‌ها و معاملات بسیار حساس را امن می‌کند، که در حال حاضر در معرض خطر حمله هکرهای مسلح به قدرت کامپیوتر فزاینده هستند.

تصادفی بودن نقش اساسی در رمزنگاری دارد: هرچه یک کلید امنیتی بیشتر تصادفی باشد، استفاده از ریاضیات منطقی برای شکاندن قفل کد سخت‌تر است. به همین دلیل است که از مولدهای اعداد تصادفی برای رمزگذاری داده‌ها استفاده می‌شود: این تکنولوژی جریان‌هایی از بیت‌هایی را ایجاد می‌کند که می‌توانند به نوبه خود برای تولید کلیدهای رمزنگاری بسیار قوی مورد استفاده قرار گیرند.

مطالعه مقاله مسابقه برای حفظ اسرار از انقلاب محاسبات کوانتومی توصیه می‌شود.

راه‌های زیادی برای تولید اعداد تصادفی وجود دارد، که شناخته‌شده‌ترین آن‌ها را می‌توان در طول هزاران سال پیدا کرد: به عنوان مثال، یک تاس ساده، یا پرتاب سکه، نتایج غیرقابل‌پیش‌بینی را فراهم می‌کند. این همان چیزی است که رمزنگاری مدرن سعی در تقلید از آن دارد. البته، تولید دستی اعداد تصادفی قادر به حفظ سرعت با مقیاس تقاضا برای امنیت داده‌ها نیست. برای ایجاد مقادیر زیادی از اعداد تصادفی در مقیاس، فن‌آوری‌های جدیدی توسعه داده شدند تا به سرعت به بیت‌ها یا اعداد، رفتار غیرقابل‌پیش‌بینی برخی پدیده‌های طبیعی ترجمه شوند.

به عنوان مثال، لیزرها از فوتون‌های کوانتومی کوچکی ساخته شده‌اند که به شیوه‌های آشفته و غیرقابل‌پیش‌بینی رفتار می‌کنند - و نوسانات تصادفی ذراتی که یک پرتو لیزر را می‌سازند را می‌توان توسط یک کامپیوتر تشخیص داد، تا به توالی‌هایی از اعداد ترجمه شود که کاملا غیر‌قطعی هستند.

اگرچه خواص غیرقابل‌پیش‌بینی لیزرها قبلا برای تولید اعداد تصادفی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما این سیستم‌ها محدود می‌باشند. سیستم‌های مبتنی بر لیزر قادر به تولید اعداد بسیار سریع نیستند و نمی‌توانند اعداد را به طور همزمان از یک پرتو واحد تولید کنند.

هوی کایو، استاد فیزیک کاربردی در دانشگاه ییل که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت گفت: «معمولا، آن ژنراتورهای اعداد تصادفی فیزیکی خیلی سریع نیستند - این یک مشکل است.» همچنین، آن‌ها متوالی هستند - یعنی، آن‌ها معمولا فقط یک بیت استریم تولید می‌کنند. آن‌ها نمی‌توانند بسیاری از جریان‌های باینری را به طور همزمان تولید کنند. و در هر جریان، نرخ نسبتا پایین است، به طوری که از تولید تعداد زیادی عدد تصادفی بسیار سریع جلوگیری می‌کند.

در عین حال، نیاز به سیستمی که بتواند اعداد تصادفی را در مقیاس تولید کند، به سرعت در حال افزایش است. با گسترش شبکه‌ها به روشی پیوسته، لازم است نرخ تولید اعداد تصادفی افزایش یابد تا سرعت تقاضا حفظ شود و اطمینان حاصل شود که داده‌های حساس به طور مناسب محافظت می‌شوند.

برای بهبود خروجی ژنراتورهای عددی تصادفی مبتنی بر لیزر، Cao و تیم او یک لیزر منفرد فشرده را ایجاد کردند و طراحی حفره لیزر را بهبود بخشیدند تا آن را به یک ساعت شنی شبیه کنند. هنگامی که لیزر خاموش می‌شود، امواج نور بین دو انتهای ساعت شنی، به طور همزمان در دستگاه تشدید می‌شوند؛ نوسانات در شدت ذرات کوانتومی نور توسط یک دوربین سریع ثبت می‌شوند، تا توسط یک کامپیوتر به سری‌های تصادفی از اعداد ترجمه شوند.

ممکن است به مطالعه مقاله نقش محاسبات کوانتومی در زمینه خدمت‌رسانی به بشریت علاقمند باشید.

بنابراین، با توجه به طراحی جدید، حفره به عنوان یک تشدید کننده برای امواج نور عمل می‌کند، به این معنا که بیت‌های تصادفی را می‌توان به صورت موازی، حتی با یک دیود لیزر واحد - برای اولین بار، برای تولید کننده‌های اعداد تصادفی مبتنی بر نور-تولید نمود.

نتایج امیدوارکننده هستند، هم در سرعت و هم در مقیاس: با استفاده از سیستم تقویت‌کننده جدید، کایو و تیم او حدود ۲۵۰ ترابیت، یا ۲۵۰ گیگابیت، یا بیت تصادفی در هر ثانیه تولید کردند که بیش از دو مرتبه بزرگی بیشتر از سریع‌ترین سیستم‌های جریان است. محققان گفتند که این فن‌آوری را می‌توان «به طور قابل‌توجهی» افزایش داد. کایو گفت: «این واقعا راه جدیدی را در مورد نحوه تولید سریع‌تر اعداد تصادفی باز می‌کند و ما هنوز به حد مجاز نرسیده ایم.» «در مورد اینکه تا چه حد می‌تواند پیش برود، فکر می‌کنم هنوز چیزهای بیشتری برای کاوش وجود دارد.»

برخی کشورها در حال خرید هستند. با این حال، برای اینکه تکنولوژی برای استفاده عملی آماده باشد، لازم است که یک تراشه فشرده ایجاد شود که هم لیزر و هم آشکارسازهای نوری را که می‌توانند به طور مستقیم و به سرعت اندازه‌گیری‌ها را به کامپیوتر در زمان واقعی ارسال کنند، ادغام کند. با توجه به اینکه بسیاری از شرکت‌ها به دنبال روش‌های نوآورانه برای استفاده از ذرات سبک برای تولید اعداد تصادفی هستند، این حوزه احتمالا در چند سال آینده مشغول خواهد بود.

به عنوان مثال، شرکت کوانتومی مستقر در بریتانیا Nu Quشان بر روی دستگاهی کار می‌کند که می‌تواند ذرات کوانتومی نور را منتشر و شناسایی کند، که فوتون‌های تکی نامیده می‌شوند. در دراز مدت، بنیانگذاران نو‌فوتونز امیدوارند که این فن‌آوری برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرد؛ با این حال، در حال حاضر، راه‌اندازی با آزمایشگاه فیزیکی ملی برای تجاری‌سازی دستگاه برای تولید اعداد تصادفی کوانتومی کار می‌کند.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله تکنولوژی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.