一種新的基于激光的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是同類中最快的

按照正常標(biāo)準(zhǔn)，新激光器的設(shè)計(jì)完全是無用的。激光不是產(chǎn)生清晰、穩(wěn)定的光束，而是投射出充滿隨機(jī)閃爍的亮度斑點(diǎn)的模糊光斑。但對于一組物理學(xué)家來說，激光雜亂無章的輸出是其最大的財(cái)富。研究人員在2月26日的《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，激光的混亂波動可以轉(zhuǎn)化為每秒254萬億個(gè)隨機(jī)數(shù)字——比其他激光驅(qū)動的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器快100多倍。

未參與這項(xiàng)工作的馬里蘭大學(xué)帕克分校物理學(xué)家RajarshiRoy說，“這是朝著更高效的隨機(jī)數(shù)生成邁出的非凡一步”。

隨機(jī)數(shù)生成器是計(jì)算中很有價(jià)值的工具(SN:5/27/16)。它們用于創(chuàng)建加密密鑰，對密碼和信用卡號等私人數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以便信息可以在互聯(lián)網(wǎng)上安全傳輸。復(fù)雜系統(tǒng)(如地球氣候或股票市場)的計(jì)算機(jī)模擬也需要許多隨機(jī)數(shù)來正確捕捉現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生的偶然事件。

激光可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)序列，這要?dú)w功于光頻率隨時(shí)間自然發(fā)生的微小波動。但是使用激光束來產(chǎn)生這樣的隨機(jī)數(shù)有點(diǎn)像重復(fù)擲一個(gè)骰子。耶魯大學(xué)物理學(xué)家曹慧及其同事想出了一個(gè)新設(shè)計(jì)，以便從單個(gè)激光中同時(shí)生成許多隨機(jī)數(shù)字串。

在該團(tuán)隊(duì)的激光器中，光線在離開設(shè)備之前在位于沙漏形腔體兩端的鏡子之間反彈。這種不規(guī)則的形狀允許各種頻率的光波在激光中反彈并相互重疊。因此，當(dāng)激光照射在一個(gè)表面上時(shí)，它的光會包含一種不斷變化的微小針孔圖案，這些針孔會隨機(jī)變亮和變暗。隨著時(shí)間的推移，圖案中每個(gè)點(diǎn)的亮度都可以由計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為一系列隨機(jī)的1和0。

曹和她的同事們將激光對準(zhǔn)高速攝像機(jī)，大約每萬億分之一秒測量光束上254個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)度。俄亥俄州立大學(xué)的物理學(xué)家DanielGauthier與他人合著了一篇評論，但該相機(jī)在其內(nèi)存被填滿之前僅跟蹤激光幾納秒，之后數(shù)據(jù)被上傳到計(jì)算機(jī)以編碼為0和1在同一期《科學(xué)》雜志上的研究。為了在現(xiàn)實(shí)世界中工作，這個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器需要配備光探測器，可以將快速亮度測量值實(shí)時(shí)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。

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