Об экстракции квантовой случайности

И.М. Арбеков^а, С.Н. Молотков^†^{а, б, в, г}
^аАкадемия криптографии Российской Федерации, а/я 100, Москва, 119331, Российская Федерация
^бИнститут физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН, ул. Академика Осипьяна 2, Черноголовка, Московская обл., 142432, Российская Федерация
^вФакультет вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы д. 1, стр. 52, Москва, 119991, Российская Федерация
^гЦентр квантовых технологий Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1, стр. 35, Москва, 119991, Российская Федерация

Обсуждаются вопросы о природе случайности, конструктивных и доказуемых способах её получения (экстракции) из наблюдений над физическими системами. Истинная случайность существует только в микромире — при квантово-механическом описании физических систем и измерений над ними — и является фундаментальным свойством квантовых систем. При классическом описании физических систем случайность отсутствует и фактически вводится "вручную" через неопределённость — неизвестность начальных условий. Обсуждается, как можно реально "дотянуться" до квантовой случайности, на примере квантового устройства — генератора случайных чисел. Рассматриваются также вопросы, связанные с "доказательством" случайности — тестированием числовых последовательностей, проводится анализ логических построений, лежащих в основе такого тестирования. При этом используется необходимый математический аппарат, который не требует специальных предварительных знаний. Для понимания достаточно стандартных сведений из университетских курсов по квантовой механике и теории вероятностей. Цель, которую ставили перед собой авторы, — провести единую логическую линию от происхождения случайности в квантовой области до её экстракции, физической реализации и тестирования.

Текст pdf (924 Кб)

Скачивая файл я соглашаюсь с условиями использования.

English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038890

Ключевые слова: квантовые генераторы случайных чисел, экстракция случайности
PACS: 03.67.Dd, 42.50.Ex (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038890
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/6/d/
Web of Science

000691293300004
Scopus

2-s2.0-85114966083
ADS NASA

2021PhyU...64..617A
Цитата: Арбеков И М, Молотков С Н "Об экстракции квантовой случайности" УФН 191 651–669 (2021)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 15 мая 2020, доработана: 28 октября 2020, одобрена в печать: 29 ноября 2020

English citation: Arbekov I M, Molotkov S N “Extraction of quantum randomness” Phys. Usp. 64 617–634 (2021); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038890

Список литературы (27) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (8) Похожие статьи (20)

Bennett C H, Brassard G Proc. of the IEEE Intern. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, 10 - 12 December 1984 (Piscataway, NJ: IEEE, 1984) p. 175
Koç Ç K (Ed.) Cryptographic Engineering (New York: Springer, 2009)
Василенко В В Информационные войны (3) 23 (2012)
Srinivasan S et al 2010 IEEE Symp. on VLSI Circuits, 16 - 18 June 2010, Honolulu, HI, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 1984) p. 203
Galton F Natural Inheritance (London: Macmillan, 1894)
Herrero-Collantes M, Garcia-Escartin J C Rev. Mod. Phys. 89 015004 (2017)
Einstein A Ann. Physik 17 132 (1905)
Клышко Д Н Фотоны и нелинейная оптика (М.: Наука, 1980); Пер. на англ. яз., Klyshko D N Photons and Nonlinear Optics (New York: Gordon and Breach, 1988)
Клышко Д Н, Масалов А В УФН 165 1249 (1995); Klyshko D N, Masalov A V Phys. Usp. 38 1203 (1995)
Mandel L, Wolf E Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995); Пер. на русск. яз., Мандель Э, Вольф Э Оптическая когерентность и квантовая оптика (М.: Физматлит, 2000)
Shannon C E Bell Syst. Tech. J. 27 379 (1948)
Shannon C E Bell Syst. Tech. J. 27 623 (1948)
Шеннон К Работы по теории информации и кибернетике (М.: ИЛ, 1963)
Cover T M, Thomas J A Elements of Information Theory (New York: Wiley, 1991)
Молотков С Н Письма в ЖЭТФ 105 374 (2017); Molotkov S N JETP Lett. 105 395 (2017)
Балыгин К А и др ЖЭТФ 153 879 (2018); Balygin K A et al J. Exp. Theor. Phys. 126 728 (2018)
Balygin K A et al Laser Phys. Lett. 14 125207 (2017)
Балыгин К А и др Письма в ЖЭТФ 106 451 (2017); Balygin K A et al JETP Lett. 106 470 (2017)
Von Neumann J Applied Mathematics Series Vol. 12 (Washington, DC: U.S. National Bureau of Standards, 1951) p. 36; Reprinted in, Von Neumann J Neumann's Collected Works Vol. 5 (Oxford: Pergamon Press, 1963) p. 768
Feller W An Introduction to Probability Theory and Its Applications 2nd ed. (New York: Wiley, 1957); Пер. на русск. яз., Феллер В Введение в теорию вероятностей и её приложения Т. 1 (М.: Мир, 1964)
Бабкин В Ф Проблемы передачи информации 7 (4) 13 (1971)
Buzhan P et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 567 78 (2006)
Kalashnikov D A, Tan S-H, Krivitsky L A Opt. Express 20 5044 (2012)
Computer Security esource Center, http://csrc.nist.gov/rng/SP800-22b.pdf
Knuth D E The Art of Computer Programming Vol. 2 (Cambridge: Addison Wesley, 1981)
Marsaglia G http://stat.fsu.edu/pub/diehard
Cramer H Mathematical Methods of Statistics (Princeton, NJ: Princeton Univ. Press, 1946)