En principio, la mecánica cuántica puede ser un verdadero generador de números aleatorios.
Probablemente hay una gran literatura sobre esto. Pero solo describiré dos métodos que son relativamente sencillos.
Estoy seguro de que hay algunas formas súper inteligentes de hacer esto en la práctica. Estoy seguro de que podría construir uno en un laboratorio de física e incluso podría hacerlo del tamaño de una canasta de pan. Probablemente costaría $ 1M y tomaría un presupuesto de energía bastante serio y mucho mantenimiento.
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Método 1
Si coloca un estado en una superposición que es una mezcla igual de dos estados
[matemáticas] | \ psi \ rangle = \ frac {1} {\ sqrt {2}} (| 1 \ rangle + | 2 \ rangle) [/ matemáticas]
y luego mida si el estado está en estado [matemática] | 1 \ rangle [/ matemática] (o igualmente [matemática] | 2 \ rangle [/ matemática]), entonces el resultado será 50% si está en ese estado ( que puede asignar a un bit clásico como verdadero) y 50% de lo contrario (que puede asignar a un bit como falso). Por lo tanto, esto producirá un bit verdaderamente aleatorio en principio.
Hacer este experimento repetidamente generará una cadena arbitraria de bits aleatorios.
La forma más fácil de hacer esto es usar una media partícula de giro que se puede colocar en un estado de giro hacia arriba o hacia abajo. Si polariza la partícula para que su giro apunte hacia arriba y luego mida para ver cuál es el giro de esa partícula en las direcciones izquierda-derecha o hacia adentro-hacia afuera, será un resultado aleatorio.
Hay algunos desafíos. La primera es que normalmente quieres muchos números aleatorios. Obtener una muestra lo suficientemente grande es un desafío, pero podría imaginarlo con látex ópticos que están llenos de átomos individuales y obtienen una gran cantidad de bits. [*] Se podría imaginar que podría estar haciendo 10 ^ 10 bits por segundo en un futuro próximo (aproximadamente 1 MB por segundo). Puede ser que en unos años podamos obtener un orden de magnitud más. Esto es significativamente más lento que los generadores de números pseudoaleatorios modernos de la computadora que pueden hacer probablemente 10 MB por segundo más o menos. Por lo tanto, necesitaremos al menos un orden de magnitud de mejora para ser competitivos.
El segundo desafío es saber que tienes tus ejes alineados. Si está apagado, esto hará que sus números aleatorios se apaguen sistemáticamente (como una moneda injusta). Probablemente pueda alinear los ejes a un nano-radián más o menos. Creo que estar alejado de una moneda justa por 1 parte en mil millones es peor que la mayoría de los generadores de números pseudoaleatorios.
Método 2
Otra forma menos inteligente es poner un átomo en un estado metaestable. Luego mida cuándo el átomo se desintegra al estado fundamental. Si decae antes de su vida media, asigne ese bit a True, de lo contrario, asígnelo a False.
Nuevamente, existen desafíos importantes para implementar esto en la práctica. [*]
Primero debes saber que estás observando exactamente 1 átomo. Entonces tienes que observar muchos de ellos a la vez. Nuevamente, poblar una red óptica es potencialmente una buena manera de hacerlo.
Luego debe conocer la vida media con mucha precisión, saber cuándo coloca muy bien el átomo en el estado excitado y luego medir con mucha precisión el momento en que mide el sistema para ver qué átomos se han desexcitado. ¿Con qué precisión puedes hacer esto? Puede ser 1 picosegundo, pero de manera más realista probablemente 100 picosegundos. Cuanto más larga sea la vida útil, menos errores introducirá, pero más tiempo tendrá que esperar (ralentizando su ancho de banda). Puede ser que elija vidas de 1 milisegundo y esté hablando de un error sistemático de 10 ^ -7, que probablemente no sea perfecto.
[*] obtener 1 átomo por sitio de red es un desafío. Si tiene 0 o 2 átomos por sitio, entonces puede inferir falsamente que el bit debe ser Verdadero o Falso. Por ejemplo, en el Método 2, si está midiendo si el átomo todavía está excitado después de 1 vida media y había 0 átomos en ese sitio de red, siempre obtendría Falso, donde como si hubiera 2 átomos en ese sitio, entonces Asignaría el bit Falso solo el 25% del tiempo, en lugar del 50%.
