(Phys.org) — Sterren, quasars, en andere hemellichamen genereren op willekeurige wijze fotonen, en nu hebben wetenschappers gebruik gemaakt van deze willekeur om willekeurige getallen te genereren met snelheden van meer dan een miljoen getallen per seconde. Het genereren van willekeurige getallen tegen zeer hoge tarieven heeft een verscheidenheid aan toepassingen, zoals in cryptografie en computersimulaties.

Maar de onderzoekers in de nieuwe studie zijn ook geïnteresseerd in het gebruik van deze kosmische generatoren van willekeurige getallen voor een ander doel:om de fundamenten van de natuurkunde te testen door geleidelijk een andere maas in de Bell-tests aan te pakken. Terwijl Bell-tests aantonen dat kwantumdeeltjes gecorreleerd zijn op manieren die niet verklaard kunnen worden door de klassieke natuurkunde, de resultaten zijn mogelijk niet betrouwbaar als delen van deze tests erin slagen te profiteren van enige vorm van maas in de wet.

De onderzoekers, geleid door Jian-Wei Pan, aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Shanghai, hebben een paper gepubliceerd over het gebruik van kosmische bronnen om willekeurige getallen te genereren in een recent nummer van: Fysieke beoordelingsbrieven .

"We presenteerden een experimentele realisatie van kosmische random number generators (RNG's) en een realistisch ontwerp van een event-ready Bell-testexperiment met deze RNG's om de maas in de keuzevrijheid aan te pakken en tegelijkertijd de mazen in de plaats en efficiëntie te dichten, " vertelde co-auteur Jingyun Fan Phys.org . "Het zal van groot belang zijn om het voorgestelde experiment in de nabije toekomst uit te voeren."

In hun werk, gebruikten de onderzoekers een optische telescoop van het Astronomy Observatory in Xinglong, China, om licht te verzamelen van een verscheidenheid aan zeer heldere en verre kosmische stralingsbronnen. Sommige van deze objecten zijn meer dan een biljoen keer helderder dan onze zon en bevinden zich op honderden miljoenen lichtjaren afstand.

Aangezien het tijdsinterval tussen fotonenemissiegebeurtenissen willekeurig is, de fotonen worden met willekeurige tijdsintervallen door de telescoop gedetecteerd. Het apparaat heeft een tijdresolutie van 25 picoseconden (een picoseconde is een biljoenste van een seconde). Gemiddeld, ongeveer eens per 100 nanoseconden wordt een foton gedetecteerd, overeenkomend met meer dan een miljoen gedetecteerde fotonen per seconde. Dit tarief is concurrerend met de huidige beste generatoren voor willekeurige getallen, die lasers gebruiken als fotonbron.

In het tweede deel van hun studie, de natuurkundigen stelden voor dat deze kosmische generator van willekeurige getallen zou kunnen worden gebruikt om Bell-tests te verbeteren. Deze tests zijn bedoeld om aan te tonen dat, in tegenstelling tot onze observaties van de klassieke wereld, de kwantumwereld gehoorzaamt niet aan lokaal realisme - een concept dat verwijst naar een combinatie van lokaliteit (dat objecten elkaar niet over grote afstanden kunnen beïnvloeden) en realisme (dat objecten bestaan ​​zelfs voordat er een meting is gedaan). Het schenden van een Bell-ongelijkheid laat zien dat, op kwantumniveau, de natuur schendt plaats of realisme, of allebei.

Echter, Bell-tests hebben verschillende mazen. Typisch, mazen zijn manieren voor de objecten die worden gemeten om in het geheim informatie te delen op een klassieke manier om het te laten lijken dat het lokale realisme wordt geschonden terwijl dat niet het geval is. Hoewel natuurkundigen recentelijk twee van deze mazen hebben gesloten (de lokalisatie- en detectie-maas), er kunnen altijd enkele mazen in de wet zijn die de beperkingen van de test mogelijk kunnen omzeilen.

Een dergelijke mogelijkheid wordt de maas in de keuzevrijheid (of willekeurigheid) genoemd. Deze maas in de wet suggereert dat de detectorinstellingen - die worden bepaald met behulp van generatoren voor willekeurige getallen - op de een of andere manier gecorreleerd kunnen zijn, zelfs voordat het experiment begon. Voor nu, er werd gedacht dat deze correlaties slechts een fractie van een seconde vóór de start van het experiment hadden kunnen plaatsvinden.

Door gebruik te maken van random number generators op basis van kosmische bronnen, de onderzoekers toonden aan dat deze correlaties moeten hebben plaatsgevonden voordat de fotonen de sterren verlieten, dat is minstens 3000 jaar voordat het experiment begon - een verbetering van meer dan 16 ordes van grootte. (Een paar maanden geleden, een artikel werd onafhankelijk gepubliceerd dat de correlaties beperkte tot ten minste 600 jaar in het verleden, met behulp van vergelijkbare methoden die zijn gebaseerd op kosmische bronnen van het genereren van willekeurige getallen.)

In aanvulling, een derde onafhankelijke groep onderzoekers heeft onlangs gesuggereerd dat de tijdsdruk voor de maas in de keuzevrijheid met miljarden jaren zou kunnen worden teruggedrongen door zeer verre quasars te gebruiken als generatoren van willekeurige getallen.

Om deze mogelijkheid verder te benutten, de onderzoekers in de nieuwe studie suggereren dat een op satellieten gebaseerd kosmisch Bell-experiment betere resultaten kan opleveren dan op aarde gebaseerde experimenten omdat, voor een ding, het zou atmosferische storingen voorkomen. Ze hopen dergelijke verbeteringen in de toekomst verder na te streven.

© 2017 Fys.org