Сегодня мы в очередной раз приоткроем занавес над технологической стороной Рандонавтики и расскажем об одном важном событии, у Рандонавтики появился собственный Квантовый генератор случайных чисел!

Как вы помните, последние 3 года Рандонавтика получала квантовую энтропию через открытое API Австралийского национального университета, но прогресс не стоит на месте, как и наши исследования, которые предъявляют всё больше требований к железу. Улучшить его взялся MMI исследователь, Скотт Уилбер, который разработал уникальный КГСЧ под названием PQ128MS, призванный повысить чувствительность квантовой энтропии к намерениям пользователей и увеличить скорость её генерации. Но обо всём по порядку!

Итак, если вы читали прошлую статью о Мысле-Материальном взаимодействии, то уже знаете, что принцип действия точек Аттрактора основан на способности намерения пользователя влиять на случайные квантовые процессы.

Источником таких процессов служит Квантовый генератор случайных чисел (QRNG). Впрочем, в среде MMI исследователей его чаще называют Генератором Случайных Событий (REG), так как выдает он не случайные числа, а случайную серию из нулей и единиц, так, словно он миллион раз в секунду подбрасывает монетку и говорит вам, какой стороной она упала.

Много лет назад ученые из Принстонской лаборатории PEAR заметили, что намерение человека, сфокусированное на желании получить определенный результат может влиять на работу таких генераторов, делая выдачу единиц примерно на 5% более частой чем нулей и наоборот. Позже первые Рандонавты придумали как использовать этот феномен для преобразования такого такого влияния в географические координаты.

Однако далеко не каждый генератор случайных чисел подходит для подобных экспериментов и в этой статье мы постараемся объяснить, почему.

Физика Генераторов Случайных Чисел

По своему устройству генераторы случайных чисел можно условно разделить на три типа: Псевдослучайные (PRNG), Физические (TRNG) и Квантовые (QRNG). Псевдослучайные ГСЧ создают случайность математически. Такие ГСЧ есть в каждом компьютере и представляют из себя алгоритм, на вход которого подается так называемое "семя", то есть начальная точка, которой может служить, например, точное время его запуска. Из этой начальной точки алгоритм вычисляет серию статистически случайных чисел.

Однако так как эта серия чисел создана алгоритмически, все числа в ней предопределены. То Есть они случайны в плане статистики, так как вероятность выпадения каждого из них одинакова, но не случайны в плане предопределенности. Например, если запустить такой генератор снова с тем же семенем, он выдаст точно такую же серию чисел как и в первый раз. Более того, каждый такой ГСЧ имеет некоторое количество бит, после которого последовательность начнет повторяться. Очевидно, что для наших экспериментов такие ГСЧ непригодны, так как если все числа предопределены алгоритмом, намерение пользователя не может оказать на них никакого влияния.

Второй тип, физические ГСЧ (TRNG) это как правило устройства, использующие для получения случайности некий физический процесс, который слишком сложен, чтобы его результат можно было предугадать. Такие процессы всё ещё описываются законами классической физики, но уже не считаются детерминистическими.

К ним относится, например, Тепловой Шум, также называемый шумом Джонсона-Найквиста. Он представляет собой электронный шум, создаваемый тепловым возбуждением носителей заряда - обычно электронов - в электрическом проводнике.

Неизвестно, может ли намерение оказывать влияние на такие процессы, однако MMI исследователь Скотт Уилбер полагает, что такое влияние возможно, но потребует гораздо больше энергии чем влияние на квантовые процессы.

Квантовыми ГСЧ (QRNG) начинают считаться, когда для физических процессов в них действует принцип Неопределенности Гейзенберга и предсказать изменение их параметров становится невозможно в принципе. Например когда волновые свойства носителей заряда начинают изменять результат их измерения. Такое происходит, например при радиоактивном распаде, прохождении фотонов через полупрозрачное зеркало, или при туннелировании электронов в МОП-транзисторах, вызывающем Дробовой шум.

Так как для изменения значения бита в чисто-квантовых процессах практически не требуется прилагать дополнительную энергию, считается, что именно на них проще всего оказать Мысле-материальное воздействие. Однако в большинстве КГСЧ на результат измерения воздействуют как квантовые, так и классические физические процессы и разделить производимую ими энтропию практически невозможно. Так например в транзисторах наряду с дробовым шумом может присутствовать и тепловой, причем второго как правило значительно больше.

В Рандонавтике как правило используется Квантовый ГСЧ из австралийского национального университета, в котором энтропия возникает при измерении квантовых флуктуаций в вакууме, вызванных появлением и исчезновением виртуальных частиц.

Однако в оригинальных экспериментах Принстонской лаборатории PEAR, обнаружившей феномен Мысле-материального взаимодействия для этих целей использовался КГСЧ, основанный на Дробовом Шуме возникающем при туннельных эффектах в МОП-транзисторах. Причиной такого шума также является то, что ток состоит из очень большого количества отдельных зарядов, что делает его поток зернистым, а сам шум квантовым.

Пост-обработка шума

Серьезной проблемой физических ГСЧ является то, что в отличие от псевдослучайного шума, физический шум имеет значительные статистические дефекты. Проще говоря, это значит, что иногда он ведет себя случайно, а иногда нет. Поэтому, чтобы сделать его статистически случайным, в физических ГСЧ применяется процедура "отбеливания", которую ещё называют алгоритмами обратного смещения (англ. unbiasing algorithms).

Отбеливание обычно осуществляется путем пропускания статистически несовершенных истинных случайных чисел через криптографическую хэш-функцию, такую как SHA-1 или объединения их с псевдослучайными числами через логическую операцию XOR.

В КГСЧ Psyleron, который использовался в экспериментах лаборатории PEAR для устранения дефектов дробовой шум подвергался логической операции XOR, объединяясь с потоком псевдослучайного шума, что, очевидно уменьшало влияние квантовых процессов на выходные данные как минимум вдвое.

Чаще всего, чтобы увеличить количество выходной энтропии, на основе физического шума просто создают семя для псевдослучайного ГСЧ, таким образом делая его результат непредсказуемым. При этом количество квантовой энтропии не увеличивается, а её влияние на каждый конкретный бит становится крайне мало.

Наш новый КГСЧ

И вот наконец мы переходим к уникальному КГСЧ, который недавно появился на сервере Рандонавтики.

PQ128MS, как мы уже говорили, был разработан Скоттом Уилбером и спроектирован таким образом, чтобы достичь максимального влияния квантовых процессов на каждый бит выходных данных и полностью исключить использование псевдослучайных алгоритмов при устранении статистических дефектов.

В основе прибора лежат кольцевые осцилляторы. Это такие замкнутые контуры из нечетного числа транзисторных инверторов, меняющих входящий в них сигнал на противоположный. Сигнал в таком осцилляторе колеблется между двумя уровнями напряжения. Так как в транзисторах, входящих в инверторы происходят туннельные утечки, возникает дробовой шум, который вызывает "дрожание" во времени спадов и подъемов напряжения. Таким образом, считывая сигнал в равные промежутки времени, можно получить из этого дрожания определенные состояния бит.

В PQ128MS круговой осциллятор имеет три выхода с равным количеством элементов между ними, что позволяет получать из него три разных сигнала, которые потом объединяются логической операцией XOR. Это втрое увеличивает вероятность получить данные во время перехода, когда влияние дробового шума делает результат квантово-неопределенным. Таким образом, даже не смотря на значительное влияние теплового шума, квантовый Дробовой шум создает вклад, вполне способный изменить значение выходного бита. Далее энтропия от сотен таких осцилляторов объединяется в единый поток при помощи логической операции XOR, что позволяет устранить статистические дефекты без использования псевдослучайной энтропии. Таким образом все участвующие в xor-операции биты являются продуктом квантовой энтропии, а значит её вклад в результат становится максимальным. И наконец потоки с трех таких мини-генераторов объединяются операцией XOR для надежности.

(подробнее об устройстве КГСЧ линейки PQ можно прочитать здесь: https://comscire.com/files/whitepaper/Pure_Quantum_White_Paper.pdf)

После перехода сервера Рандонавтики на PQ128MS мы ожидаем значительного увеличения воздействия намерения пользователей на процесс генерации точек Аттрактора/Пустоты. Это значит, что вероятность найти в этих точках то, о чем вы думаете должна возрасти. Конечно мы не можем гарантировать этого, но на то он и эксперимент.

Также установка собственного КГСЧ на сервере Рандонавтики увеличит скорость генерации энтропии до 128Мб/с, что открывает перед нами возможности использования новых алгоритмов, требующих больших затрат энтропии. Мы постоянно проводим исследования в наших лабораториях и возможно в ближайшем будущем будут пересмотрены методы генерации координат и добавлены алгоритмы биас-амплификации, ещё больше усиливающие влияние намерения на генерацию координат. Подробнее эти методы мы также уже рассматривали в статье "Мысле-Материальное взаимодействие", если вы её не читали, то рекомендуем прочесть.