CREAN GENERADOR CUANTICO DE NUMEROS ALEATORIOS: ENCRIPTARA DATOS

30. septiembre 2010 | Von | Categoria: FISICA, INFORMATICA, ULTIMAS NOTICIAS

30 septiembre 2010. Detrás de cada coincidencia se encuentra un plan – en el mundo de la física clásica, por lo menos. En principio, todos los eventos, incluyendo la caída de los dados o el resultado de un juego de la ruleta, puede explicarse en términos matemáticos. Los investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz en Erlangen han construido un dispositivo que funciona según el principio de aleatoriedad real. Con la ayuda de la física cuántica, la máquina genera números aleatorios que no se pueden predecir de antemano.

Los investigadores explotan el hecho de que las mediciones basadas en la física cuántica sólo pueden producir un resultado especial con un cierto grado de probabilidad, es decir, al azar. Ciertos números aleatorios son necesarios para el cifrado seguro de datos y permitir la simulación fiable de los procesos económicos y cambios en el clima.

El fenómeno que comúnmente llamamos casualidad es meramente una cuestión de falta de conocimiento. Si supiéramos la ubicación, velocidad y otras características clásicas de todas las partículas en el universo con una certeza absoluta, seríamos capaces de predecir casi todos los procesos en el mundo de la experiencia cotidiana. Incluso sería posible predecir el resultado de un puzzle o números de lotería. Incluso si se han diseñado para este propósito, los resultados proporcionados por los programas de ordenador están lejos de ser al azar: “Se limitan a simular el azar, pero con la ayuda de pruebas adecuadas y un volumen suficiente de datos, un patrón general, se puede identificar”, dice Christoph Marquardt.

En respuesta a este problema, un grupo de investigadores que trabajan con Gerd Leuchs Christoph Marquardt y en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz y la Universidad de Erlangen-Nuremberg y Ulrik Andersen de la Universidad Técnica de Dinamarca han desarrollado un generador de verdad de  números al azar.

La aleatoriedad verdadera sólo existe en el mundo de la mecánica cuántica. Una partícula cuántica se mantendrá en un lugar u otro y se mueven a una velocidad u otra con un cierto grado de probabilidad. “Aprovechamos esta aleatoriedad de los procesos de la mecánica cuántica para generar números al azar”, dice Christoph Marquardt.

Los científicos usan las fluctuaciones del vacío cuántico como dados. Esas fluctuaciones son otra característica del mundo cuántico: no hay nada que no existe allí. Incluso en la oscuridad absoluta, la energía de un fotón medio está disponible y, a pesar de que sigue siendo invisible, deja huellas que son detectables en mediciones más complejas: las pistas en forma de ruido cuántico. Este ruido completamente al azar, sólo surge cuando los físicos buscan, es decir, cuando llevan a cabo una medición.

Para hacer visible el ruido cuántico, los científicos recurrieron de nuevo a la caja de la física cuántica de trucos: dividen un haz de láser fuertes en partes iguales mediante un divisor de haz. Un divisor de haz tiene dos puertos de entrada y de salida. Los investigadores cubrieron el segundo puerto de entrada para bloquear la luz que entra. Las fluctuaciones del vacío seguían allí, sin embargo, y influyó en la salida de dos haces parciales. Los físicos luego los enviaron a los detectores y midieron la intensidad de la corriente de fotones. Cada fotón produce un electrón y la corriente eléctrica resultante es registrada por el detector.

Cuando los científicos restan la medición de las curvas producidas por los dos detectores de los demás, no se quedan sin nada. Lo que queda es el ruido cuántico. “Durante la medición de la función de onda de la mecánica cuántica se convierte en un valor medido”, dice Christian Gabriel, que llevó a cabo el experimento con el generador aleatorio con sus colegas del Instituto Max Planck en Erlangen: “Las estadísticas están predefinidas, pero mide la intensidad que sigue siendo una cuestión de puro azar. ” Cuando se trazan en una curva de la campana de Gauss, el más débil de los valores surgen con frecuencia, mientras que los más fuertes se producen en raras ocasiones. Los investigadores dividieron a la curva en forma de campana de la intensidad de la difusión en secciones con áreas de igual tamaño y se les asignaá un número a cada sección.

Huelga decir que los investigadores no descifraron este enigma mecánicocuántica para pasar el tiempo en los descansos. “Es cierto números aleatorios son difíciles de producir, pero son necesarios para muchas aplicaciones”, dice Gerd Leuchs, Director del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz en Erlangen. La tecnología de seguridad, en particular, las necesidades de combinaciones aleatorias de números para codificar los datos bancarios para la transferencia. Los números aleatorios también se puede utilizar para simular en procesos complejos cuyo resultado depende de las probabilidades. Por ejemplo, los economistas utilizan tales simulaciones de Monte Carlo para predecir la evolución del mercado y los meteorólogos las usan para modelar los cambios en el tiempo y el clima.

Hay una buena razón por la que los físicos de Erlangen-base sean elegidos para producir los números al azar de las fluctuaciones de vacío de alta complejidad en lugar de otros procesos cuánticos aleatorios. Cuando los físicos observan la distribución de la velocidad de los electrones o el ruido cuántico de un láser, por ejemplo, el ruido cuántico al azar es generalmente superpuesto por el ruido clásico, que no es al azar. “Cuando se quiere medir el ruido cuántico de un rayo láser, también se observa ruido clásico que se origina, por ejemplo, desde una réplica de temblor”, dice Christoffer Wittmann quien también trabajó en el experimento. En principio, la vibración del espejo se puede calcular como un proceso de física clásica y por lo tanto destruye el juego al azar de la casualidad.

“Es cierto, también obtener una cierta cantidad de ruido clásico de la electrónica de medición”, dice Wolfgang Mauerer que estudió este aspecto del experimento. “Pero sabemos que nuestro sistema funciona muy bien y se puede calcular con mucha precisión este ruido y eliminarlo.” No sólo pueden las fluctuaciones cuánticas que permiten a los físicos espiar en el ruido cuántico puro, nadie más puede escuchar in “Las fluctuaciones de vacío proporcionan única de números aleatorios”, dice Christoph Marquardt. Con los procesos cuánticos, esta prueba es más difícil de proporcionar y el peligro de que un espía de datos obtenga una copia de los números. “Esto es precisamente lo que queremos evitar en el caso de números aleatorios para las claves de datos”, dice Marquardt.

Aunque los dados cuánticos se basan en fenómenos misteriosos del mundo cuántico que es totalmente contradictorio con la experiencia cotidiana, los físicos no requieren equipo especial sofisticados para observarlos. Los componentes técnicos de su generador de números aleatorios se pueden encontrar entre los equipos básicos utilizados en los laboratorios de láser. “No necesitamos ya sea un láser especialmente bueno o detectores especialmente costoso para la puesta a punto”, explica Christian Gabriel. Este es, sin duda, una de las razones por las cuales las empresas ya han expresado su interés en adquirir esta tecnología para uso comercial.

(Foto: MPI para la Física de la Luz)

FUENTE: Max Planck Institute

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