1.2. Демонстрация фундаментальной непредсказуемости на субатомном уровне:
– Объяснение, как квантовые эффекты, такие как квантовая запутанность, туннелирование, спиновые состояния и квантовые флуктуации, приводят к невозможности точного предсказания поведения частиц и систем на субатомном уровне.
– Рассмотрение примеров квантовых экспериментов, демонстрирующих непредсказуемость и вероятностный характер квантовых явлений (например, эксперимент с двумя щелями, распад радиоактивных ядер и т.д.).
– Объяснение, как эта фундаментальная непредсказуемость квантового мира может быть использована для создания истинно случайных последовательностей, необходимых для обеспечения безопасности информационных систем.
2. Роль квантовых эффектов в создании непредсказуемости:
2.1. Использование квантовых явлений для генерации истинной случайности:
– Квантовый шум: Флуктуации квантовых систем, такие как флуктуации тока в резисторе или флуктуации интенсивности лазерного излучения, создают фундаментальный шум, который невозможно предсказать классически. Этот квантовый шум может использоваться как источник случайности.
– Квантовое туннелирование: Вероятность туннелирования частиц через потенциальные барьеры является квантовым эффектом, который характеризуется фундаментальной непредсказуемостью. Детектирование таких туннельных процессов может служить источником случайности.
– Квантовые спиновые состояния: Спиновые состояния частиц, такие как электроны или ядра, характеризуются дискретными, квантованными значениями спина. Измерение случайных флуктуаций спиновых состояний может использоваться для генерации случайных бит.
2.2. Методы измерения и детектирования квантовых эффектов:
– Использование фотонных детекторов, счетчиков Гейгера, туннельных диодов и других квантовых датчиков для регистрации квантовых флуктуаций и шумов.
– Развитие квантовых генераторов случайных чисел на основе измерения квантовых эффектов, таких как фотонный шум, радиоактивный распад, квантовое туннелирование и т. д.
– Методы обработки сигналов от квантовых датчиков для получения высококачественных случайных битовых последовательностей.
2.3. Преимущества квантовой случайности:
– Фундаментальная природа квантовой непредсказуемости, основанная на принципах квантовой механики, в отличие от классической псевдослучайности.
– Невозможность клонирования или предсказания квантовых состояний, что делает квантовую случайность неуязвимой для атак.
– Высокая энтропия и статистическая независимость квантовых случайных бит, что обеспечивает высокое качество генерируемых последовательностей.
– Потенциально высокая скорость генерации случайных чисел