晶体首次用于生成真正的随机数

随机性并不总是像您想象的那么随机。实际上,计算机要产生真正的随机性是非常困难的,因为算法引入了可以检测到的细微模式,这意味着它们出现的数字是伪随机的,而不是最终不可预知的。

这并不是说机器不能发挥作用。如果我们拿了一些东西,比如机器人,把它和一个真正随机的过程结合起来呢?科学家们做了这样的事,以前所未有的方式利用化学的先天不可预测性:在这种情况下,观察晶体的生长。

结晶实际上不是化学反应,而是当晶体固体从反应产物中形成时发生的物理变化,研究人员说,结晶过程提供的随机化可能性可能是无穷无尽的。

格拉斯哥大学的一个研究小组在一项新研究中解释道:"在化学系统中,每次进行反应时,特定试剂的整合方式几乎都是无限,导致高不确定性和熵,而且所走的确切途径永远不会重复。

因此,这种化学系统的熵非常高,因此可以作为应用随机数生成的良好熵池。

晶体首次用于生成真正的随机数(李等人,《物质》,2020年)

在新的研究中,研究人员利用这种看似无穷无尽的随机性潜力,构建一个机器人系统,在大量的化学小瓶中准备、启动和监测数百种平行化学反应。

当晶体在每个小瓶中随机生长时,机器人会通过摄像头观察地层,探测和记录产生的无数变量,包括晶体位置、大小、形状、方向和颜色。

小瓶阵列的快照每 10 分钟捕获一次,然后图像转换为二进制序列。在随后的加密破解测试中,结晶机器人的输出满足了国家标准与技术研究所指定的随机性测试,超过了传统的基于计算机的伪随机数发生器的结果。

"我们发现用真正的随机数编码的消息比算法需要更长的时间来破解,因为我们的系统可以猜测算法,然后只是蛮力它,"其中一个团队,化学家勒罗伊·克罗宁告诉维特

当然,虽然这是一个了不起的概念证明——这是使用化学的沙度生成真实随机数的第一个例子,但研究小组声称——它可能不是实现随机性的最实际的方法。

毕竟,并不是每个人都有物理空间来容纳一个结晶机器人,同时运行数百个化学实验。

幸运的是,研究人员认为,同样的系统将来可能能够小型化——在某种程度上,将所有这些无限的可能性密封在传统电子计算机体内。

"这是一个有点疯狂的想法,但这是一种寻找化学空间的方式,"克罗宁告诉副总统。"因为化学空间太大,无法探索。有很多说,去一个随机的方向。

研究结果发表在《物质》上。