Científicos han aprovechado la capacidad de fuentes cósmicas para para generar fotones de manera aletaria para producir números aleatorios a tasas de más de un millón de números por segundo.

Generar números aleatorios a tasas muy altas tiene una variedad de aplicaciones, como en criptografía y simulaciones por ordenador.

Pero los investigadores del nuevo estudio también están interesados en usar generadores de números aleatorios cósmicos, como estrellas y cuásares, con otro propósito: probar los fundamentos de la física abordando progresivamente otro resquicio en las pruebas de Bell.

Mientras que las pruebas de Bell “que determinan la impredecibilidad” muestran que las partículas cuánticas están correlacionadas de maneras que no pueden ser explicadas por la física clásica, los resultados pueden no ser confiables si partes de estas pruebas logran aprovechar cualquier tipo de resquicio.

Los investigadores, dirigidos por Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai, han publicado un artículo sobre el uso de fuentes cósmicas para generar números aleatorios en un número reciente de Physical Review Letters.

“Presentamos una realización experimental de generadores de números aleatorios cósmicos (RNGs) y un diseño realista de un experimento de prueba de Bell preparado para eventos con estos RNGs para abordar la brecha de libertad de elección mientras se cierran los vacíos de localidad y eficiencia simultáneamente”, dijo a Phys.org el coautor Jingyun Fan. “Será de gran interés implementar el experimento propuesto en un futuro cercano”.

En su trabajo, los investigadores usaron un telescopio óptico ubicado en el Observatorio de Astronomía en Xinglong, China, para recoger la luz de una variedad de fuentes de radiación cósmica muy brillantes y distantes. Algunos de estos objetos son más de mil millones de veces más brillantes que nuestro Sol y se encuentran a cientos de millones de años luz de distancia.

Dado que el intervalo de tiempo entre los eventos de emisión de fotones es aleatorio, los fotones son detectados por el telescopio a intervalos de tiempo aleatorios. El dispositivo tiene una resolución de tiempo de 25 picosegundos (un picosegundo es una milmillonésima de segundo). En promedio, un fotón se detecta aproximadamente una vez cada 100 nanosegundos, lo que corresponde a más de un millón de fotones detectados por segundo. Esta tasa es competitiva con los mejores generadores de números aleatorios actuales, que utilizan láseres como fuente de fotones.

En la segunda parte de su estudio, los físicos propusieron que este generador de números aleatorios cósmicos podría usarse para mejorar las pruebas de Bell. Estas pruebas pretenden mostrar que, a diferencia de nuestras observaciones del mundo clásico, el mundo cuántico no obedece al realismo local -un concepto que se refiere a una combinación de localidad (que los objetos no pueden influir entre sí a través de grandes distancias) y al realismo (que los objetos existen incluso antes de realizar cualquier medida). La violación de una desigualdad de Bell demuestra que, a nivel cuántico, la naturaleza viola la localidad o el realismo, o ambas cosas.

Sin embargo, las pruebas de Bell tienen varias lagunas. Típicamente, las lagunas son maneras en que los objetos que se miden comparten secretamente información de una manera clásica para hacer aparecer que el realismo local es violado cuando no lo es. Aunque los físicos han cerrado recientemente dos de estas lagunas (la laguna de la localidad y la laguna de la detección), puede haber siempre algunas lagunas que pueden concebiblemente eludir las restricciones de la prueba.

Una de esas posibilidades se llama la brecha de libertad de elección (o aleatoriedad). Esta laguna sugiere que los ajustes del detector -que se determinan usando generadores de números aleatorios- podrían haber sido correlacionados de alguna manera incluso antes de que comenzara el experimento. Antes de ahora, se ha pensado que estas correlaciones podrían haberse producido sólo una fracción de segundo antes del inicio del experimento.

Mediante el uso de generadores de números aleatorios basados en fuentes cósmicas, los investigadores mostraron que estas correlaciones deben haber ocurrido antes de que los fotones dejen las estrellas, lo que es por lo menos 3.000 o más años antes de que el experimento comenzó una mejora de más de 16 órdenes de magnitud.

Además, un tercer grupo independiente de investigadores ha sugerido recientemente que la restricción de tiempo para la brecha de libertad de elección podría ser rechazada por miles de millones de años mediante el uso de cuásares muy distantes como generadores de números aleatorios.

Para continuar con esta posibilidad, los investigadores del nuevo estudio sugieren que un experimento de Bell cósmico basado en satélites puede lograr mejores resultados que los experimentos basados en la Tierra porque, por una parte, evitaría las perturbaciones atmosféricas. Esperan seguir adelante con esas mejoras en el futuro”.

Fuente: Europa Press