Stjerner som tilfældige talgeneratorer kunne teste fysikkens grundlag

(Phys.org) - Stjerner, kvasarer, og andre himmellegemer genererer fotoner på en tilfældig måde, og nu har forskere udnyttet denne tilfældighed til at generere tilfældige tal med hastigheder på mere end en million tal pr. sekund. Generering af tilfældige tal til meget høje hastigheder har en række forskellige applikationer, såsom i kryptografi og computersimuleringer.

Men forskerne i den nye undersøgelse er også interesserede i at bruge disse kosmiske tilfældige talgeneratorer til et andet formål:at teste fysikkens grundlag ved gradvist at adressere et andet smuthul i Bell -testene. Mens Bell -test viser, at kvantepartikler er korreleret på måder, der ikke kan forklares med klassisk fysik, resultaterne er muligvis ikke pålidelige, hvis dele af disse tests formår at drage fordel af enhver slags smuthul.

Forskerne, ledet af Jian-Wei Pan, ved University of Science and Technology of China i Shanghai, har udgivet et papir om brug af kosmiske kilder til at generere tilfældige tal i en nylig udgave af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vi præsenterede en eksperimentel realisering af kosmiske tilfældige talgeneratorer (RNG'er) og et realistisk design af et begivenhedsklart Bell-testeksperiment med disse RNG'er for at imødegå valgfriheds-smuthullet, samtidig med at lokations- og effektivitetshuller blev lukket samtidigt, "fortalte medforfatter Jingyun Fan Phys.org . "Det vil være af stor interesse at gennemføre det foreslåede forsøg i den nærmeste fremtid."

I deres arbejde, forskerne brugte et optisk teleskop placeret ved Astronomy Observatory i Xinglong, Kina, at indsamle lys fra en række meget lyse og fjerne kosmiske strålekilder. Nogle af disse objekter er mere end en billion gange gange lysere end vores sol og ligger hundredvis af millioner lysår væk.

Da tidsintervallet mellem fotonemissionshændelser er tilfældigt, fotoner detekteres af teleskopet i tilfældige tidsintervaller. Enheden har en tidsopløsning på 25 picosekunder (et picosekund er en billionion af et sekund). Gennemsnitlig, en foton detekteres cirka en gang for hver 100 nanosekunder, svarende til mere end en million fotoner opdaget pr. sekund. Denne sats er konkurrencedygtig med dagens nuværende bedste tilfældige talgeneratorer, som bruger lasere som fotonkilde.

I den anden del af deres undersøgelse, fysikerne foreslog, at denne kosmiske tilfældige talgenerator kunne bruges til at forbedre Bell -test. Disse test har til formål at vise, at i modsætning til vores observationer af den klassiske verden, kvanteverdenen adlyder ikke lokal realisme - et begreb, der refererer til en kombination af lokalitet (at objekter ikke kan påvirke hinanden over store afstande) og realisme (at objekter eksisterer, selv før der foretages nogen måling). Overtrædelse af en Bell -ulighed viser, at, på kvante niveau, naturen krænker enten lokalitet eller realisme, eller begge.

Imidlertid, Klokketest har flere smuthuller. Typisk, smuthuller er måder, hvorpå objekterne måles til hemmeligt at dele information på en klassisk måde for at få det til at se ud til, at lokal realisme krænkes, når den ikke er det. Selvom fysikere for nylig har lukket to af disse smuthuller (lokalitetshullet og detekteringshullet), der kan altid være nogle smuthuller, der kan tænkes at omgå testens begrænsninger.

En sådan mulighed kaldes valgfrihed (eller tilfældighed) smuthul. Dette smuthul tyder på, at detektorindstillingerne - som bestemmes ved hjælp af tilfældige talgeneratorer - på en eller anden måde kunne have været korreleret, selv før eksperimentet begyndte. Før nu, det er blevet antaget, at disse korrelationer kunne have forekommet kun en brøkdel af et sekund før starten af ​​forsøget.

Ved at bruge tilfældige talgeneratorer baseret på kosmiske kilder, forskerne viste, at disse korrelationer må have fundet sted, før fotonerne forlod stjernerne, hvilket er mindst 3000 eller deromkring år før forsøget begyndte - en forbedring på mere end 16 størrelsesordener. (For et par måneder siden, et papir blev uafhængigt offentliggjort, der begrænsede korrelationerne til mindst 600 år tidligere, ved hjælp af lignende metoder baseret på kosmiske kilder til tilfældig talgenerering.)

Ud over, en tredje uafhængig gruppe forskere har for nylig foreslået, at tidsbegrænsningen for valgfrihedshullet kunne skubbes tilbage af milliarder af år ved at bruge meget fjerne kvasarer som tilfældige talgeneratorer.

For yderligere at forfølge denne mulighed, forskerne i den nye undersøgelse antyder, at et satellitbaseret kosmisk Bell-eksperiment kan opnå bedre resultater end jordbaserede eksperimenter, fordi, for én ting, det ville undgå atmosfæriske forstyrrelser. De håber at kunne fortsætte sådanne forbedringer i fremtiden.

© 2017 Phys.org