🔬 optics

Quantum random number generation using spatial quantum noise of light

تقدم هذه الورقة مولداً قوياً للأرقام العشوائية الكمومية يستفيد من الضوضاء الكمومية المكانية للضوء المترابط الملتقطة بواسطة جهاز CCD عالي السرعة متعدد المضاعفات لتحقيق معدل توليد بتات لحظي يبلغ 5.92 جيجابت في الثانية، مع مخرج مستدام يقتصر على 7.5 ميجابت في الثانية بسبب عرض نطاق القراءة الإلكتروني، بينما يجتاز بنجاح اختبارات إحصائية صارمة للعشوائية.

المؤلفون الأصليون: Mohamed Armoon Shaliq, Ashok Kumar

نُشر 2026-07-30

📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Mohamed Armoon Shaliq, Ashok Kumar

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تخيل أنك تحاول اختيار رقم عشوائي حقاً لرمز سري، مثل الرقم السري لخزنة رقمية. إذا طلبت من حاسوب القيام بذلك، فهو في الواقع يتبع وصفة مخفية؛ إنه "مولد عشوائي زائف" يبدو عشوائياً ولكن يمكن كشفه إذا عرف شخص ما الوصفة. إذا طلبت من آلة عادية قياس الحرارة أو الكهرباء الساكنة، سيكون الأمر أفضل، لكنه لا يزال محكوماً بقوانين الفيزياء الكلاسيكية المتوقعة. ولكن ماذا لو استطعت استغلال "خلل" الكون نفسه؟ في عالم فيزياء الكم، هناك قاعدة أساسية: الطبيعة ضبابية عند المستويات الصغيرة جداً. حتى شعاع الضوء المثالي والناعم ليس ناعماً في الواقع؛ بل يتكون من حزم صغيرة من الطاقة تصل بإيقاع متذبذب وغير متوقع. يُسمى هذا "الضجيج الكمي" أو "ضجيج الطلقة". إنها طريقة الكون في رمي النرد في كل مرة يتم فيها رصد فوتون (جسيم ضوئي). ولأن هذا التذبذب متأصل في نسيج الواقع، فلا يمكن التنبؤ به أو تزييفه. وهذا ما يجعله المصدر النهائي للعشوائية الحقيقية، وهو المعيار الذهبي للحفاظ على حساباتنا البنكية، ورسائلنا الخاصة، والأسرار الوطنية بعيداً عن المتسللين.

وهنا يأتي دور الباحثين من المعهد الهندي لعلوم وتكنولوجيا الفضاء، الذين صنعوا آلة ذكية لالتقاط هذا التذبذب الكوني وتحويله إلى تدفق فائق السرعة من الأرقام العشوائية. وبدلاً من محاولة صيد فوتون واحد صغير في كل مرة (وهو أمر بطيء وصعب)، قرروا النظر إلى الصورة الكاملة دفعة واحدة. لقد أخذوا شعاع ليزر، وقسموه إلى اثنين، وسلطوه على كاميرا خاصة عالية السرعة تسمى EMCCD. فكر في هذه الكاميرا ليس كجهاز يلتقط صورة واحدة، بل كشبكة ضخمة من ملايين الدلاء الصغيرة، ينتظر كل منها استقبال رشقة من الضوء. عندما يصطدم الليزر بالكاميرا، يتسبب "التذبذب الكمي" في جعل الضوء يتناثر بشكل غير متساوٍ عبر هذه الدلاء. بعض الدلاء تحصل على المزيد قليلاً، وبعضها يحصل على أقل، وذلك بمحض الصدفة.

كانت خدعة الفريق الكبرى هي أخذ لقطتين لهذا الضوء المتناثر بتتابع سريع وطرح الصورة الثانية من الأولى. وبما أن شعاع الليزر ثابت، فإن "المتوسط" للرشقات يلغي بعضه البعض، تاركاً وراءه فقط الضجيج الكمي الفوضوي الخالص — وهو المعادل الرقمي للتشويش (الستاتيكية) في الراديو الذي لا يمكن لأحد ضبط موجته. ثم قاموا بتحويل هذا التشويض الفوضوي إلى تدفق من الأصفار والآحاد. كانت النتائج مبهرة: في جزء من الثانية، استطاع نظامهم توليد أرقام عشوائية بسرعة 5.92 جيجابت في الثانية (Gbps). هذا يشبه ملء مكتبة من الكتب بالرموز العشوائية في طرفة عين. ومع ذلك، فإن الأسلاك الداخلية للكاميرا تشكل عنق زجاجة؛ إذ يمكنها فقط قراءة البيانات بوتيرة ثابتة تبلغ 7.5 ميجابت في الثانية (Mbps) للحفاظ على انخفاض الضجيج. وحتى عند هذه السرعة "الأبطأ"، اجتازت الأرقام التي أنتجوها كل الاختبارات الإحصائية الصارمة التي يستخدمها خبراء الأمن (مثل اختبارات NIST وDiehard)، مما أثبت أن الأرقام غير متوقعة حقاً وخالية من أي أنماط خفية. ومن خلال استخدام "الضبابية" المكانية للضوء عبر مستشعر كاميرا كامل، ابتكروا طريقة قوية وعالية السرعة لحصاد عشوائية الكون نفسها، مما يوفر أداة قوية لمستقبل الاتصالات الآمنة.

أبحاث مشابهة