Zufallszahlen aus dem Dunkeln
Das auch in völliger Dunkelheit zu beobachtende Quantenrauschen nutzen deutsche und dänische Forscher, um Zufallszahlen zu erzeugen.
- Christian Kirsch
In einem Beitrag für Nature Photonics beschreibt eine Gruppe von Forschern aus Bayern und Dänemark, wie sich echte Zufallszahlen durch Ausnutzung eines Quantenphänomens (Vakuumfluktuationen) erzeugen lassen. Denn sogar in völliger Dunkelheit ist die Energie eines halben Photons vorhanden. Es ist zwar unsichtbar, sein Quantenrauschen lässt sich jedoch messen.
Dazu schicken die Forscher einen Laserstrahl durch einen Strahlteiler mit zwei Ein- und Ausgängen. Der eine Eingang wird blockiert. Das Quantenrauschen der Vakuumfluktuation ist dort jedoch weiterhin vorhanden und beeinflusst die beiden Teilstrahlen an den Ausgängen. Aus der Intensitätsdifferenz dieser beiden Teilstrahlen lässt es sich ermitteln.
(Bild: nature.com)
Die so ermittelte Intensität des Quantenrauschens unterliegt der Normalverteilung, die durch eine Glockenkurve repräsentiert wird. Um aus einem gemessenen Wert eine Zufallsziffer zu erhalten, ordnen die Forscher jeweils gleich großen Teilflächen unter der Glockenkurve eine Bitfolge zu. Je nach Kurvenstück, zu dem die Intensität gehört, ergibt sich so ein zufälliger Bitwert.
Allerdings sind die auf diese Art ermittelten Rohdaten noch durch die deterministischen Einflüsse der Messgeräte beeinflusst. Um diese zu eliminieren, wird der Informationsgehalt dieser Rohdaten durch eine Hash-Funktion vermindert. In ihrem Beitrag verweisen die Wissenschaftler darauf, dass die so ermittelten Zufallszahlen alle Prüfungen der Crush-Sequenz der C-Bibliothek TestU01 (PDF) bestehen. Sie analysiert rund 35 Milliarden Zahlen mit 96 statistischen Verfahren.
Interessenten finden Sammlungen der mit diesem Verfahren erzeugten Zufallszahlen online. (ck)
