Dispositivo ottico quantistico Quantis

Dispositivo ottico quantistico Quantis

Cristian Calude e i ricercatori dell’Università neozelandese di Auckland hanno testato diverse metodiche per la generazione random di numeri, che sfruttano diversi assunti teorici. Uno di questi sfrutta la teoria della meccanica quantistica e si chiama Quantis.

Sistema di generazione Quantis

Da un punto di vista della fisica quantistica, la luce consiste di particelle elementari chiamate fotoni, che presentano in certe situazioni un comportamento casuale. Il sistema di generazione Quantis si basa su un processo ottico quantistico molto elementare, come si può vedere nella figura. In questo processo, un fotone viene proiettato su uno schermo semitrasparente, che permette con uguale probabilità la trasmissione del fotone stesso oppure la sua riflessione. L’emissione avviene mediante un diodo ad emissione luminosa, che dosa il flusso delle particelle, poi captate da uno speciale rilevatore con una risoluzione prossima al singolo fotone. Quantis è dotato di un complesso sistema per la verifica del suo corretto funzionamento, al fine di accertare in continuo che la generazione dei numeri venga effettuata in modo sempre casuale.

Il processo di verifica è in grado di inibire il suo funzionamento, quindi la produzione di numeri, nel momento in cui si rileva qualche problema. È ormai risaputo e provato che questo fenomeno di trasmissione/riflessione dei fotoni è totalmente casuale e che non può essere influenzato da alcun fattore esterno. A ciascuno dei due eventi (trasmissione-riflessione) viene assegnato valore binario rispettivamente 1 o 0, così si possono produrre sequenze casuali illimitate di bit  La velocità con cui vengono prodotti i bit casuali può raggiungere i 16 Mbps.

Sistema ottico utilizzato per generare numeri casuali
Sistema ottico utilizzato per generare numeri casuali

Generatori Quantis e dispositivi quantistici nel mercato informatico

I ricercatori neozelandesi, oltre a Quantis, hanno testato anche altri sistemi di generazione, che non si basano su teorie quantistiche. Le sequenze di numeri provenienti dai diversi generatori sono state sottoposte a vari test, i cui risultati hanno evidenziato come i numeri generati da Quantis, non presentando alcuna correlazione e avendo superato con successo tutti i test statistici, non siano prevedibili e ripetibili in sequenza, a differenza di quelle realizzate dagli altri sistemi. Ovviamente, questa conclusione deriva da prove sperimentali, che i ricercatori sostengono siano molto difficili da riproporre teoricamente, visto che la casualità assoluta non si può provare con una specifica teoria scientifica.

Il sistema Quantis, prodotto dall’azienda elvetica ID Quantique, si presenta molto compatto e viene commercializzato sia sotto forma di dispositivo USB, che di scheda PCI e PCI Express come si mostra nelle figure seguenti. Anche l’azienda americana MagiQ Technologies ha in vendita un modello commerciale ormai stabile per la crittografia quantistica, con la funzione anche di generatore di numeri casuali. Toshiba, NEC, Corning sono esempi di grandi multinazionali interessate alla creazione di dispositivi quantistici, che hanno investito ingenti capitali nella ricerca, ma che non hanno ancora presentato sul mercato un prodotto completo.

Random Generator Number (dispositivi quantistici)
Random Generator Number commercializzati dalla ID Quantique (dispositivi quantistici)

In conclusione, la caratteristica più distintiva dei quantum TRNG è che offrono la prova scientifica della casualità. Essi rappresentano la scelta migliore per la crittografia e altre applicazioni che criticamente richiedono numeri realmente casuali. Lo svantaggio più significativo di tale soluzione è il costo elevato.

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