Алгоритмы используемые при генерации последовательностей случайных чисел далеко не всегда удовлетворяют всем требованиям случайной последовательности. Как правило для достижения этой цели, при наличии критических требований, используются аппаратные средства. В основном они используют разного рода эффекты возникающие в тех или иных материалах или элементах. Недавно наметился новый прорыв в этой области – международной группе ученых удалось создать устройство, генерирующее поток случайных чисел с помощью принципов неопределенности квантовой механики.

Основное назначение таких устройств – использование в системах кодирования данных. Программные алгоритмы хоть и используются повсеместно, но для целого ряда задач не подходят из-за наличия причинно-следственной связи между элементами последовательности случайных чисел. То же касается и большинства аппаратных средств. Сложность декодирования зависит только от наличия или возможности подбора исходных параметров и известности алгоритма кодирования.

Реально случайными могут быть только квантовые процессы. Это мнение высказал Крис Монро, сотрудник Объединенного квантового института при Мерилендском университете в США. Трудность заключается в том, что не всегда есть уверенность в том, что система использует именно квантовые свойства. Теоретически, состояние элементарной частицы можно предсказать, но реально это сделать практически невозможно. Поэтому считается, что их состояние на момент измерения является действительно случайным.

Другим гарантом случайности является феномен “запутанности” – когда при изменении состояния одного элемента находящегося в состоянии “квантовой запутанности” мгновенно изменяется состояние другого вне зависимости от расстояния между ними. Именно этот эффект использовался авторами для создания генератора случайных чисел.

В эксперименте использовались два атома иттербия в специальных ловушках, которые перевели в “запутанное” состояние. После этого производились различные изменения положения в пространстве с измерением состояния атомов. В результате месячного эксперимента была получена последовательность из 42 подлинно случайных чисел. В настоящее время скорость генерации весьма мала, но авторы считают что смогут увеличить ее на несколько порядков в будущем. Перспективы этой методики в основном зависят от развития квантовых технологий и внедрения их в твердотельные микросхемы.