Yazılım

Yeni Kuantum Metodu Gerçekten Rastgele Sayılar Üretiyor

Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü‘nün (NIST) araştırmacıları, kuantum mekaniği ile rasgele olmayı garantileyen sayıların üretilmesi için bir yöntem geliştirdiler.

Nature‘ın 12 Nisan sayısında açıklanan deneysel yöntem, rasgele sayıların tahmin edilemezliğini sağlamak için önceki tüm yöntemleri geride bırakıyor. Kriptografik sistemlerde güvenliği artırıyor.

Yeni NIST yöntemi, bir landmark 2015 NIST fizik deneyinin geliştirilmiş bir versiyonunda üretilen verileri kullanarak, fotonlar veya ışık parçacıkları ile dijital bitler (1s ve 0s) üretir. Bu deney, Einstein‘ın “Ürkütücü Kuantum Dayanıklılık Teorisi” olarak adlandırdığı şeyin gerçek olduğunu gösterdi.

Yeni çalışmada araştırmacılar, üründe bulunan rastlantısallığı belgelemek ve ölçmek için ürkütücü çıktısını elde ettiler. Böylece çok daha fazla rastgele bit dizisi oluşturdular.

Elektronik ağlardaki verileri şifrelemek için günde yüz milyarlarca kez rastgele sayılar kullanılır. Ancak bu sayılar mutlak anlamda tasdik edilebilir bir şekilde rastgele değildir. Bunun nedeni, sözde rasgele çıktının öngörülebilir gürültü kaynakları gibi faktörler tarafından zayıflatılabilen yazılım formülleri veya fiziksel aygıtlar tarafından üretilmeleridir.

Bu durumu değiştirmek için istatistiksel testlerin yürütülmesi yardımcı olabilir. Ancak tek başına çıktı üzerinde hiçbir istatistiksel test, özellikle bir rakip cihazla oynanmışsa, çıktının tahmin edilemez olduğunu kesinlikle garanti edemez.

NIST’de matematikçi Peter Bierhorst, “Belirli bir klasik kaynağın gerçekten öngörülemez olduğunu garanti etmek zor. Kuantum kaynağımız ve protokolümüz başarısızlık güvencesi gibidir. Kimsenin sayılarımızı tahmin edemeyeceğinden eminiz.

İstatistiksel Korelasyonlar

Bir bozuk para çevirme gibi bir şey rastgele görünebilir. Ancak bir tanesi paranın tam yolunu görebilseydi, bunun sonucu tahmin edilebilirdi. Öte yandan Kuantum rastgelelik, gerçek bir rastgeleliktir. Kuantum rasgeleliği görmek, sadece bir kuantum sistemi, ölçüm seçimlerimiz ve sonuçlarımız arasındaki bu istatistiksel korelasyonları üretebilir. ” dedi.

Yeni kuantum tabanlı yöntem, NIST‘ın güvenli çoklu parti hesaplaması gibi uygulamalar için rasgele bit yayınlayan kamu rastgeleliği işaretini geliştirmek için süregelen çabaların bir parçasıdır. NIST işaretçisi şu an ticari kaynaklara dayanmaktadır.

Kuantum mekaniği üstün bir rastlantısallık kaynağı sağlar. Çünkü bazı kuantum parçacıklarının (aynı anda hem 0 hem de 1’in “süperpozisyonu“) ölçümleri, temel olarak tahmin edilemeyen sonuçlara sahiptir. Araştırmacılar bir kuantum sistemini kolayca ölçebilir. Ancak, ölçümlerin bir kuantum sistemden yapıldığını ve gizlemede klasik bir sistem olmadığını kanıtlamak zordur.

NIST deneyinde, bu kanıt, rastgele olmayan bitlerin rastgele görünmesine izin verebilecek “boşlukları” kapatırken uzak foton çiftleri arasındaki ürkütücü kuantum korelasyonlarını gözlemekten kaynaklanır. Örneğin, iki ölçüm istasyonu, aralarındaki gizli iletişimi sağlamak için çok uzaklara yerleştirilmiştir. Fizik yasalarına göre, bu tür değişimler, ışık hızıyla sınırlı olacaktır.

Rastgele sayılar iki adımda üretilir. İlk olarak, ürkütücü eylem deneyi, araştırmacıların foton çiftlerinin özellikleri arasındaki korelasyonları ölçtüğü “Bell testi” ile uzun bir bit dizisi oluşturur. Ölçümlerin zamanlaması, korelasyonların, önceden varolan koşullar veya ışığın hızından daha düşük veya daha yavaş bilgi alışverişi gibi klasik işlemlerle açıklanamamasını sağlar.

Korelasyonların istatistiksel testleri kuantum mekaniğinin çalışmakta olduğunu ve bu verilerin araştırmacıların uzun bit dizilerinde bulunan rasgeleliğin miktarını belirlemesine izin verdiğini göstermektedir.

Bu rastgelelik, uzun bit dizisi boyunca çok ince yayılabilir. Örneğin, hemen hemen her bit, sadece bir kaç 1 ile 0 olabilir. Her bir bitin 50/50 0 veya 1 olma şansı olacak şekilde, konsantre rasgele bir kısa ve tekdüze bir dizge elde etmek için “ekstraksiyon” adı verilen ikinci bir adımdır.

Bell Testi İle Rastgele Sayılar

NIST araştırmacıları Bell test verilerini neredeyse tekdüze olan daha kısa bir bit dizisine işlemek için yazılım geliştirdiler. Yani, 0’lar ve 1’ler eşit derecede olasıdır.

Tam işlem, Bell testleri için ölçüm ayarlarını seçmek ve rastgele orijinal veriden ayıklanmasına yardımcı olmak için yazılımısınıflamak” için iki bağımsız rasgele bit dizisinin girilmesini gerektirir. NIST araştırmacıları bu giriş dizelerini oluşturmak için geleneksel bir rasgele sayı üreteci kullanmışlardır.

Her biri iki bit üreten Bell testinin 55,110,210 denemesinden araştırmacılar, yüzde 1’lik bir trilyona kadar tekdüze olmak üzere 1.024 biti onayladı.

Bierhorst, “Mükemmel bir bozuk para atışı düzgün olmalı. Her biri 0 veya 1 olacak şekilde son derece yakın olan, neredeyse mükemmel derecede tekdüze olan 1.024 bit yaptık.” Dedi.

Diğer araştırmacılar daha önce rastgele sayılar üretmek için Bell testlerini kullandılar. Ancak NIST yöntemi, boşluksuz bir Bell testi kullanan ve elde edilen verileri ekstraksiyon yoluyla işleyen ilk yöntemdir.

Ekstraktörler ve sınıflamalar klasik rasgele sayı üreticilerinde zaten kullanılmaktadır. Aslında, rastgele sınıflama bilgisayar güvenliği için gereklidir ve şifreleme anahtarları olarak kullanılabilir.

Yeni NIST yönteminde, ölçüm değerleri ve sınıflama genel olarak bilinse bile son rakamlar rasgele olarak onaylanır. Tek gereklilik, Bell test denemesinin müşterilerden ve bilgisayar korsanlarından fiziksel olarak izole edilmesidir. Bierhorst, “Fikir, (özel rasgelelik) bir şeyden daha iyi bir şey elde edeceğinizdir (kamu rasgelesi),” şeklinde durumu açıklıyor.

Kaynak:
sciencedaily
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (2 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

İlgini Çekebilir

Close
Close