Quantum Dice: Wikipedia Ukuran Device Kebisingan dari Fluktuasi Quantum Vacuum dan Menghasilkan Bilangan Acak Benar

 Livejurnal69-Di balik setiap kebetulan terletak rencana - dalam dunia fisika klasik, setidaknya. Pada prinsipnya, setiap peristiwa, termasuk jatuhnya dadu atau hasil dari sebuah permainan rolet, dapat dijelaskan dalam istilah matematika.
Para peneliti di Institut Max Planck untuk Fisika Cahaya di Erlangen telah membangun sebuah perangkat yang bekerja pada prinsip keacakan benar. Dengan bantuan fisika kuantum, mesin mereka menghasilkan nomor acak yang tidak dapat diprediksi sebelumnya. Para peneliti memanfaatkan kenyataan bahwa pengukuran berdasarkan fisika kuantum hanya dapat menghasilkan hasil yang khusus dengan tingkat probabilitas
tertentu, yaitu, secara acak. nomor acak Benar diperlukan untuk enkripsi data yang aman dan handal memungkinkan simulasi proses ekonomi dan perubahan iklim.

Penelitian ini dipublikasikan secara online dalam jurnal Nature Photonics (29 Agustus Januari 2010).

Fenomena ini biasa kita sebut sebagai kesempatan hanyalah masalah kurangnya pengetahuan. Jika kita tahu lokasi, kecepatan dan karakteristik klasik lainnya dari semua partikel di alam semesta dengan kepastian yang mutlak, kita akan bisa memprediksi hampir semua proses dalam dunia pengalaman sehari-hari. Bahkan mungkin untuk memprediksi hasil dari teka-teki atau nomor undian. Bahkan jika mereka dirancang untuk tujuan ini, hasil yang disediakan oleh program komputer jauh dari acak: "Mereka hanya mensimulasikan keacakan tetapi dengan bantuan tes cocok dan volume yang cukup data, pola biasanya dapat diidentifikasi," kata Christoph Marquardt . Menanggapi masalah ini, sekelompok peneliti bekerja dengan Gerd Leuchs dan Christoph Marquardt di Institut Max Planck untuk Fisika Cahaya dan University of Erlangen-Nuremberg dan Ulrik Andersen dari Technical University of Denmark telah mengembangkan generator untuk true acak nomor.

keacakan sejati hanya ada di dunia mekanika kuantum. Sebuah partikel kuantum akan tetap di satu tempat atau lain dan bergerak pada satu kecepatan atau lain dengan tingkat probabilitas tertentu. "Kami memanfaatkan proses ini keacakan kuantum mekanik untuk menghasilkan angka acak," kata Christoph Marquardt.

Para ilmuwan menggunakan fluktuasi kuantum vakum seperti dadu. fluktuasi tersebut karakteristik lain dari dunia kuantum: tidak ada yang tidak ada di sana. Bahkan dalam kegelapan mutlak, energi dari foton setengah tersedia dan, meskipun tetap tak terlihat, ia meninggalkan jejak yang terdeteksi dalam pengukuran canggih: trek ini mengambil bentuk kebisingan kuantum. Suara ini sepenuhnya acak hanya muncul ketika fisikawan mencarinya, yaitu, ketika mereka melakukan pengukuran.

Untuk membuat suara kuantum terlihat, para ilmuwan terpaksa sekali lagi ke kotak fisika kuantum trik: mereka membagi sinar laser yang kuat ke dalam bagian yang sama menggunakan splitter balok. Sebuah splitter berkas memiliki dua input dan output port. Para peneliti menutupi port input kedua untuk memblokir cahaya masuk. Fluktuasi vakum itu masih ada, namun, dan mereka mempengaruhi output dua parsial balok. Para ilmuwan kemudian mengirim mereka ke detektor dan mengukur intensitas aliran foton. Setiap foton menghasilkan elektron dan arus listrik yang dihasilkan oleh detektor terdaftar.

Ketika para ilmuwan mengurangi pengukuran kurva yang dihasilkan oleh dua detektor dari satu sama lain, mereka tidak meninggalkan apa-apa. Yang tersisa adalah suara kuantum. "Selama pengukuran fungsi gelombang kuantum mekanik dikonversikan ke dalam nilai yang terukur," kata Christian Gabriel, yang melakukan percobaan dengan generator acak dengan koleganya di Institut Max Planck di Erlangen: "hasil statistik yang telah ditetapkan tetapi intensitas diukur tetap menjadi masalah kesempatan murni. " Bila diplot dalam kurva lonceng berbentuk Gaussian, nilai-nilai terlemah sering muncul, sementara yang terkuat jarang terjadi. Para peneliti membagi kurva lonceng berbentuk penyebaran intensitas menjadi bagian-bagian dengan luas ukuran yang sama dan diberi nomor untuk setiap bagian.

Tak perlu dikatakan, para peneliti tidak menguraikan teka-teki ini mekanika kuantum untuk menghabiskan waktu saat istirahat kopi mereka. "Nomor acak yang sejati sulit untuk menghasilkan tetapi mereka dibutuhkan untuk banyak aplikasi," kata Gerd Leuchs, Direktur Institut Max Planck untuk Fisika Cahaya di Erlangen. Keamanan teknologi, khususnya, kebutuhan acak kombinasi angka untuk mengkodekan data bank untuk transfer. nomor acak juga dapat digunakan untuk mensimulasikan proses kompleks yang hasilnya tergantung pada probabilitas. Sebagai contoh, para ekonom menggunakan simulasi Monte Carlo tersebut untuk memprediksi perkembangan pasar dan meteorologi menggunakannya untuk model perubahan cuaca dan iklim.

Ada alasan bagus mengapa para ahli fisika Erlangen berbasis memilih untuk menghasilkan nomor acak yang menggunakan vakum fluktuasi yang sangat kompleks daripada proses kuantum acak lainnya. Ketika fisikawan mengamati distribusi kecepatan elektron atau kuantum kebisingan laser, misalnya, suara kuantum acak biasanya dilapiskan kebisingan klasik, yang tidak acak. "Ketika kita ingin mengukur kebisingan kuantum sinar laser, kami juga amati suara klasik yang berasal, misalnya, dari cermin gemetar," kata Christoffer Wittmann yang juga bekerja pada percobaan. Pada prinsipnya, getaran cermin dapat dihitung sebagai sebuah proses fisik klasik dan karena itu menghancurkan permainan acak kebetulan.

"Memang, kita juga mendapatkan sejumlah suara klasik dari pengukuran elektronik," kata Wolfgang Mauerer yang mempelajari aspek percobaan. "Tapi kita tahu sistem kami sangat baik dan bisa menghitung suara ini sangat akurat dan menghapusnya." Tidak hanya dapat fluktuasi kuantum memungkinkan fisikawan untuk menguping suara kuantum murni, tidak ada orang lain dapat mendengarkan masuk "The fluktuasi vakum menyediakan nomor acak yang unik," kata Christoph Marquardt. Dengan proses kuantum lain, bukti ini lebih sulit untuk menyediakan dan bahaya muncul bahwa mata-mata data akan mendapatkan salinan nomor. "Inilah apa yang kita ingin menghindari dalam kasus nomor acak untuk kunci data," kata Marquardt.

Meskipun dadu kuantum didasarkan pada fenomena misterius dari dunia kuantum yang sepenuhnya berlawanan dengan pengalaman sehari-hari, para ahli fisika tidak memerlukan peralatan khusus yang canggih untuk mengamati mereka. Komponen teknis generator acak mereka dapat ditemukan di antara peralatan dasar yang digunakan di laboratorium laser banyak. "Kita tidak perlu laser sangat baik baik atau detektor terutama mahal untuk set-up," jelas Kristen Gabriel. Hal ini, tidak diragukan lagi, salah satu alasan mengapa perusahaan telah menyatakan minatnya untuk mengakuisisi teknologi ini untuk penggunaan komersial.