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El ruido cuántico rompe el récord del generador de números aleatorios
Los números aleatorios son bestias útiles, en particular para los criptógrafos que los utilizan para generar sus códigos.
Pero, ¿cuál es la mejor manera de hacer números aleatorios a velocidades útiles? La pregunta está íntimamente ligada a la naturaleza de la aleatoriedad. Una forma es confiar en una computadora para realizar la tarea utilizando un algoritmo que genera números que se ven y se sienten aleatorios. Por ejemplo, los dígitos de pi parecen aleatorios, pero pueden generarse mediante un algoritmo simple.
Los matemáticos tratan estos llamados números pseudoaleatorios con precaución. Una razón por la que valoran los números aleatorios es precisamente porque no pueden ser generados por ningún proceso lógico: cualquier cosa que se pueda calcular, como pi, claramente cae fuera de esta categoría. Los criptógrafos, en particular, quieren códigos que no puedan ser calculados por un fisgón con una computadora lo suficientemente potente.
El consenso actual es que la mejor fuente de aleatoriedad es el mundo cuántico donde reina la incertidumbre. Recientemente, analizamos qué tan buena es esta aleatoriedad. Cualquier incertidumbre en el valor de las cantidades físicas, como la posición, el impulso, el campo eléctrico, servirá.
Una forma de aprovechar esta incertidumbre es enviar fotones hacia un espejo semi-plateado y medir si se reflejan o se transmiten. La secuencia resultante de 0 y 1 debería ser verdaderamente aleatoria.
El problema aquí es la velocidad a la que se pueden generar números verdaderamente aleatorios. Dispositivos comerciales que funcionan de esta manera con espejos semi-plateados generan números aleatorios a razón de hasta 16 Mbits por segundo.
Hoy, Yu Liu y sus amigos de la Universidad de Pekín en China revelan una forma de acelerar drásticamente esto. Su idea es utilizar el ruido de fase en un láser para generar números aleatorios.
El ruido de fase es el resultado de incertidumbres cuánticas en la forma en que los fotones se emiten espontáneamente dentro de un láser, debido a las fluctuaciones del vacío del campo eléctrico, por ejemplo. El hace que los fotones se emitan con frecuencias que difieren muy levemente.
Liu y compañía utilizan este pequeño cambio de frecuencia para crear una señal de ritmo al retrasar una parte de la luz láser e interferir con la salida posterior. A continuación, muestrean la señal de ritmo con un convertidor de analógico a digital.
Después de una pequeña limpieza matemática, la secuencia de números resultante pasa una serie de pruebas estándar de aleatoriedad y Liu y sus amigos pueden pronunciarla verdaderamente aleatoria.
Lo impresionante de esta técnica es la velocidad de datos que logran. Liu y compañía afirman velocidades de datos de hasta 300 Mbits por segundo. Y dado que el láser de cavidad vertical que utilizan para esto se puede integrar con relativa facilidad en los circuitos electrónicos modernos, no hay nada que impida que se utilice casi de inmediato para aplicaciones comerciales.
Ese no es el generador de números aleatorios más rápido; ese récord es para un equipo israelí que recientemente logró 3 Gbits por segundo utilizando la salida caótica de un láser. Eso es bueno, pero no la aleatoriedad cuántica, que es el estándar de oro para muchos físicos.
A principios de este mes, un equipo en los EE. UU. Reclamó el récord del número aleatorio generado cuánticamente más rápido a 100 Mbits por segundo, según los intervalos entre las llegadas de fotones a un detector.
Ahora, solo unos días después, los chinos lo han hecho aún mejor. Eso debería poner en marcha una batalla de números interesante con otros proveedores de números aleatorios sobre quién puede generar aleatoriedad de la más alta calidad y más rápido. ¡Prepárate para la batalla!
Ref: arxiv.org/abs/1006.3512 : Generación de números verdaderamente aleatorios a través de la amplificación de la entropía