Комментарии 31
....."На один из входов светоделителя при помощи локального осциллятора (лазера) подается когерентное состояние, а на второй — вакуум"....
что значит ..."подается вакуум"... , как то звучит метафизически...
Да ладно, главное что у прибора вход для этого предусмотрен, покупателю всего-то нужно провести волновод в космос по своему усмотрению, в идеале подключиться к центру галактики...
Это жаргонное слово для вакуумного состояния оптического поля, если вы знакомы с фоковским базисом, то это будет |0>. Это означает что в оптическим поле нет фотонов.
вопрос был скорее где его взять, какие бывают для этого решения, как оно работает. Технически это действительно интересно, а в статье никак не раскрыто.
Рассматривая оптическую схему, можно закрыть один из входных портов светоделителя. Когерентное детектирование и в квантовой оптике используется для регистрации ослабленного излучения (например, когерентного состояния) с помощью опорного сигнала, который даёт усиление на вычитающей схеме детектора. Существует неопределённость в результате измерения по амлитуде и фазе. Здесь же ослабленное излучение отсутствует (порт закрыт), но вакуумные флуктуации (неопределённость) при этом никуда не исчезают и служат источником случайности.
Сейчас задумался о том, что это по сути ведь не вакуумные флуктуации. Так как опорный сигнал это когерентное состояние, то после того как мы разбиваем его на два сигнала делителем пучка, измеряется разница числа зарегистрированных фотонов в этих сигналах. Получается что классический сигнал является источником энтропии
Именно источником энтропии являются вакуумные флуктуации. Разница по сути содержит неопределённость, неизбежно возникающую в результате измерения.
Если мы подадим два классических сигнала с одинаковой мощностью на сбалансированный фотодиод, то тогда выход получится такой же как и для ситуации описанной в статье, так как за рандомность отвечает дробовой шум
Так дробовой шум берется как раз из квантового шума лазера.
Я согласен, просто мне пришло озарение, что по сути никаких вакуумных флуктуаций не измеряется Так как опорный сигнал является когерентным состоянием, то в нем также неопределено число фотонов, что и вызывает дробовой шум. В такой схеме измеряется дисперсия числа фотонов в опроном сигнале. Иными словами источником энтропии является квантово-оптические флуктуации классического сигнала. Вещь очевидная, просто я никогда об этом не задумывался с такого ракурса (другой это то, что измеряются квадратуры вакуума)
Не совсем: в данном случае измеряется именно вакуум, это следует чисто из процедуры измерения (разностная схема). Если бы вы измеряли поле опорного сигнала до делителя луча, вы бы измеряли квантовые флуктуации этого опорного луча, а когда измеряете после — измеряете смесь флуктуаций опорного луча и вакуума, а в разностной схеме остаются только флуктуации вакуума.
Это может казаться несущественным, но если заменить вакуум на сжатый вакуум, например, то мы будем измерять именно эту статистику, а не флуктуации накачки. Я именно с этим работаю в научной жизни (вот тут на хабре один из примеров описывал).
Подробнее через математику
Давайте обозначим вакуумное поле на входе светоделителя как v, а когерентную накачку — как сумму классической амплитуды L и квантовых флуктуаций l. Тогда на выходах светоделителя будет:
Это амплитуды поля, а измеряются интенсивности:
А потом берется их разность:
Члены lv — второго порядка малости, их можно отбросить. Остаются только члены пропорциональные когерентной амплитуде. И эти члены содержат только вакуумные флуктуации!
В случае сжатого вакуума понятно, что не подойдёт то, что я описал ранее, тк в сжатом вакууме фотоны присутствуют и там оператор не тривиальный.
В случае когда смешивается когерентное состояние с обычным вакуумом, это будет эквивалентно случаю если бы на фотодиоды подали бы два сигнала с одинаковой мощностью и одинаковой центральной частотой. И никакого вакуума в таком случае нет. В общем только в этом частном случае, такое измерение можно трактовать по-разному. Или я ещё что-то упустил?
Можно было бы сделать наоборот: сжать состояние опорного луча. В таком случае вы бы наблюдали ровно вакуум, а не сжатое состояние. Ну или взять тепловое состояние для опорного луча. Вне зависимости от его температуры вы все равно будете наблюдать вакуумные флуктуации.
Если взять случай чисто когерентного состояния, то просто смотря на статистику различить случай, когда вы посылаете два отдельных пучка на два фотодиода или делите один пополам, нельзя.
Собственно выше описана причина, почему не используют один лазер: помимо квантового шума там классические шумы, и вот они разрушают получение истинно случайных чисел. Разностная схема позволяет измерять вакуум, тем самым избегая влияния любых шумов лазера.
Почему-то автор вместо нормальной оптической схемы устройства нарисовал непонятную картинку.
Вот только сегодня гуглил по доступным аппаратным устройствам. Какой же порядок стоимости данной разработки? 80Мбит/с источник стоит ~350USD (SwiftRNG Z).
И где может понадобиться источник хотя бы 10Мбит непрерывной рандомности
Понадобиться может, например, в системах квантовой рассылки ключей, о которых писали коллеги тут https://habr.com/ru/companies/quanttelecom/articles/778640/
Вас цена конечного устройства интересует или стоимость разработки?
Интересно. Но непонятно что значит "смешиваются" на светоделителе? В итоге становится неясными дальнейшие операции вашего, как я понял запатентованного, устройства.
Есть мультипликативное смешивание (гетеродин, гомодин на смесителе), когда формируются суммарные и разностные частоты (в общем случае - комбинационные), а есть - аддитивное (сумматор). Светоделитель (насколько я понял из беглого анализа) сигнал из одного входа делит на два сигнала по параметру "мощность"... В общем, я в смятении).
Дело конечно хорошее! Любопытно, а на чем будете выезжать по сравнению с конкурентами (которых сейчас на том же принципе куча развелось, начиная с idquantique и пр.)? Или рынка хватит?
в тему https://habr.com/ru/companies/serverspace/articles/770092/
В 1956 году министр финансов Великобритании Гарольд Макмиллан задумался о способах немного повысить благосостояние подданных Ее Королевского Величества, а заодно и пополнить государственную казну. Результатом его размышлений стало появление так называемых «премиальных облигаций». В отличие от обычных государственных ценных бумаг премиальные облигации не предлагали какого-либо фиксированного купонного дохода. Вместо этого их обладатели становились участниками ежемесячной лотереи, в которой разыгрывался процент по этим самым облигациям и множество денежных призов. Размер призов варьировался от 25 до 1 000 000 фунтов стерлингов, при этом полученные таким образом доходы не облагались налогами. Облигация могла принимать участие в ежемесячных розыгрышах спустя 30 дней после ее приобретения и вплоть до даты ее погашения, а государство обязалось выкупить эти ценные бумаги по номинальной цене по истечении срока их действия.
Премиальные облигации
Этот оригинальный инвестиционный инструмент был торжественно представлен на Лондонской бирже 1 ноября 1956 года, и самую первую премиальную облигацию приобрел у генерального почтмейстера доктора Чарльза Хилла лорд-мэр Лондона сэр Катберт Экройд, обогатив бюджет Великобритании на 1 фунт стерлингов. Новинка очень понравилась жителям туманного Альбиона, и вскоре премиальные облигации стали пользоваться неизменным спросом. К концу 1956 года было продано около 50 миллионов облигаций, каждая из которых имела уникальный серийный номер. На сегодняшний день такими ценными бумагами владеют более 24 миллионов англичан.
В ходе лотерей, где определялись счастливчики, требовалось случайным образом выбирать большое количество серийных номеров выигравших облигаций, причем таким образом, чтобы ни у кого не возникло даже малейших сомнений в беспристрастности алгоритма. Все-таки речь шла о миллионах фунтов стерлингов. Иными словами, простых лототронов с пронумерованными шариками тут оказалось явно недостаточно. И британское правительство решило построить для этих целей специальный Лотерейный Компьютер, который эффективно решал бы столь непростую задачу. Тут-то чиновники и вспомнили про талантливого инженера Томаса Флауэрса, считавшегося одним из самых продвинутых компьютерщиков Англии в 1956 году. Тем более, ранее он уже успешно работал на британское правительство, и не просто на правительство, а на Министерство обороны и военную разведку.
Я вот не понял: какие преимущества имеет Ваша схема генератора шума с оптикой? Или, например, те же схемы с детектированием ядерного распада?
Непосредственное использование чисто электронного дробового или теплового шума ведь в разы проще. И этот способ тоже вполне можно назвать квантовым из-за дискретности заряда. И скомпрометировать источник шума, если он внутри прибора, также не получается.
Если в схеме выключить лазер, и просто усилить собственный шум одного фотодетектора, изменится ли результат?
Мне кажется, что пока мы не поймем что такое светоделитель и вакуумное состояние - бесполезно делать какие-либо выводы.
А так да, можно, например, оцифровать собственный шум радара. Но не думаю, что он будет квантовым, так как зарядов, формирующих шум, много, то есть это макроскопическое проявление электронов. Из-за неидеальной частотной характеристики аппаратуры придется делать цифровое выравнивание АЧХ и некоторые другие приёмы из-за фазовых шумов, например. В целом, собственный шум будет иметь гауссовское распределение, поэтому придется делать доп. обработку для получения равномерного распределения. Возможно, аппарат из данной статьи сразу даёт равномерное распределение)
Если надо, я смогу пояснить более простыми словами, что тут не так.
Но по-моему всё, что описано в статье, это построение ветряной мельницы из золота. И поверх этого жонглирование терминами, которые большинство воспринимает как магию.
Отмывание гранта? Я против.
А так да, можно, например, оцифровать собственный шум радара
Радара? - ни в коем случае! Есть возможность поставить помеху удалённо. Сложно её скоррелировать с итоговым результатом RNG, но это вопрос времени/желания/доступной вычислительной мощности. Кому надо - когда-нибудь посчитают.
Источник шума у хардовых RNG всегда внутри
Я имею ввиду собственный шум радара. Я работал с этим. FMCW радар в режиме генерации синусоидального сигнала, вместо антенны - фиктивная нагрузка (аттенюатор). Внешний мир он при этом не видит.
А при чём тут тогда вообще радар? Любая электроника шумит благодаря дискретным электронам. Резистор, который аттенюатор, транзистор тем более. А стабилитрон - так вообще кладезь шумов.
Тут в комментах уже товарищ @useribs приводил пример:
80Мбит/с источник стоит ~350USD (SwiftRNG Z)
В описании "How it works" как раз про стабилитрон (хотя доля дезы в этом описании тоже есть). И большинство автономных RNG так и делают.
В классических ГСЧ источником энтропии служит процесс, который описывается законами классической физики. Детерминированность таких процессов
Вообще говоря, неверное утверждение, т.к. любая физика -- квантовая. "Классическая" -- это такой способ приближённо (с достаточно хорошей точностью) описывать определённые системы. "Квантовая" -- способ их описывать с большей точностью. С этой точки зрения что ГСЧ на радиоактивном распаде, что ГСЧ как у вас в статье, что ГСЧ на дробовом шуме -- одинаково квантовые системы.
При этом батареи тестов будут успешно пройдены
Тоже мне достоинство. Такие тесты пройдёт любой ГПСЧ, сделанный на коленке (например, можно шифровать AESом счётчик).
Как работают квантовые генераторы случайных бит