Het apparaat spuugt nummerreeksen meer dan 100 keer sneller uit dan andere generatoren
Een nieuwe laser kan veel reeksen willekeurige getallen tegelijk genereren, vergelijkbaar met het gooien van meerdere dobbelstenen tegelijk. Dergelijke ultrasnelle random number generators zouden ooit kunnen helpen bij het beveiligen van online communicatie of het aandrijven van geavanceerde computersimulaties.
Volgens normale normen is het ontwerp voor een nieuwe laser een totale blindganger. In plaats van een scherpe, constante straal te produceren, werpt de laser een vage lichtvlek vol willekeurig flikkerende spikkels van helderheid. Maar voor een team van natuurkundigen is de rommelige output van de laser de grootste troef. De chaotische fluctuaties in het laserlicht kunnen worden vertaald in 254 biljoen willekeurige cijfers per seconde – meer dan 100 keer sneller dan andere lasergestuurde willekeurige nummergeneratoren, rapporteren onderzoekers op 26 februari Wetenschap
“Dit is een geweldige stap” naar een efficiëntere generatie van willekeurige getallen, zegt Rajarshi Roy, een natuurkundige aan de Universiteit van Maryland in College Park, die niet bij het werk betrokken was.
Willekeurige nummergeneratoren zijn waardevolle hulpmiddelen bij het computergebruik (SN: 27-5-2016 Ze worden gebruikt om coderingssleutels te maken die privégegevens, zoals wachtwoorden en creditcardnummers, door elkaar halen, zodat informatie veilig via internet kan worden verzonden. Computersimulaties van complexe systemen, zoals het klimaat op aarde of de aandelenmarkt, vereisen ook veel willekeurige getallen om toevallige gebeurtenissen in het echte leven goed vast te leggen.
Lasers kunnen willekeurige getallenreeksen genereren dankzij kleine, natuurlijk voorkomende fluctuaties in de frequentie van het licht in de tijd. Maar het gebruik van een laserstraal om op die manier willekeurige getallen te produceren, lijkt op het herhaaldelijk rollen van een enkele dobbelsteen. Om met een enkele laser veel willekeurige reeksen cijfers tegelijk te genereren, bedachten fysicus Hui Cao van Yale University en collega’s een nieuw ontwerp.
In de laser van het team weerkaatst het licht tussen spiegels aan weerszijden van een zandlopervormige holte voordat het het apparaat verlaat. Door deze onregelmatige vorm kunnen lichtgolven met verschillende frequenties door de laser heen kaatsen en elkaar overlappen. Het resultaat is dat wanneer de laser op een oppervlak schijnt, zijn licht een constant veranderend patroon van kleine speldenprikjes bevat die willekeurig helderder en donkerder worden. De helderheid op elke plek in het patroon in de loop van de tijd kan door een computer worden vertaald in een willekeurige reeks enen en nullen.
Cao en haar collega’s richtten de laser op een hogesnelheidscamera, die de lichtintensiteit op 254 punten over de straal ongeveer elke triljoenste seconde meet. Maar die camera volgde het laserlicht slechts een paar nanoseconden voordat het geheugen vol was, waarna de gegevens werden geüpload naar een computer om te worden gecodeerd als nullen en enen, zegt Daniel Gauthier, een natuurkundige aan de Ohio State University die co-schreef een commentaar op de studie in dezelfde uitgave van Wetenschap Om in de echte wereld te werken, zou deze generator voor willekeurige getallen moeten worden uitgerust met lichtdetectoren die snelvuur helderheidsmetingen in realtime naar computers kunnen sturen.
