@ 2017.05.25 , 18:00

用星星做随机数发生器

恒星、类星体以及其他天体都会随机产生光子,近期科学家利用了这种随机性,以每秒一百多万的速率产生随机数。快速产生随机数有大量的用途,比如密码学和计算机模拟。

但该新研究中的研究者还将这些宇宙随机数发生器用作他途:通过渐进处理贝尔实验中的另一个漏洞测试物理学的基础。虽然贝尔实验显示量子粒子以一种经典物理无法解释的方式相关联,但如果实验中某些部分利用了任何一种漏洞,结果可能就不可靠。

中国科学技术大学潘建伟院士领导的研究者已将该研究发表在今年4月的物理评论快报上。

共同作者Jingyun Fan说道:“我们提出了一种宇宙随机数发生器的实验实现,并利用该发生器实际设计了事件就绪贝尔测试实验,处理选择自由漏洞并同时关闭局域和效能漏洞。”

研究者利用位于中国兴隆天文台的光学望远镜收集来自大量极亮远处宇宙辐射源的光线。其中某些天体是我们太阳的几万亿倍亮,并位于数亿光年之外。

由于光子发射事件之间的间隔是随机的,望远镜检测到光子的时刻也是随机的。装置的时间分辨率是25皮秒(1皮秒为1秒的1万亿分之一)。平均每100纳秒就能检测到一个光子,对应于每秒一百万个光子。这种速度比得上当今最好的利用激光作为光子源的随机数发生器了。

用星星做随机数发生器
credit: 煎蛋画师Chon

研究的第二部分,研究者提出利用该宇宙随机数发生器改进贝尔实验。该实验的目的是证实不同于我们的经典世界观测,量子世界不会遵循局域实在论,即结合局域(物体之间不会跨越远距离相互作用)与实在论(在任何测量行为发生之前物体也会存在)的概念。违背贝尔不等式就证实,在量子水平上,自然现象要么违背局域性要么违背实在论,或者两者均违背。

然而,贝尔实验有几个漏洞。虽然物理学家近期已经解决了几个漏洞(局域性漏洞和测量漏洞),仍然存在几个漏洞限制了该测试。

其中一种叫做选择自由(或者随机性)漏洞。这个漏洞表明利用随机数发生器决定的检测器设置甚至在实验开始之前就可能存在一定的关联。在此之前,人们一直认为这些关联可能发生在实验开始前的几分之一秒内。

通过利用基于宇宙源的随机数发生器,研究者证实这些关联在光子离开恒星之前就发生了,也就是实验开始至少3000年之前,提升了16个数量级。(两个月前,另外一篇论文也独立发表了,将关联限制到了至少600年前,使用的也是类似的基于宇宙源的随机数发生器。)

此外,第三个独立小组最近表示通过使用超远距离类星体作为随机数发生器,能将选择自由漏洞的时间约束推回数十亿年。

该新研究的研究者提到,卫星上的宇宙贝尔实验可能比地面上的实验效果更好,因为这样能避免大气干扰。他们希望在未来得到进一步提升。

论文原文:DOI:10.1103/PhysRevLett.118.140402

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Lisa Zyga


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