Les cristaux ont été utilisés pour générer des nombres vraiment aléatoires pour la toute première fois

Les cristaux ont été utilisés pour générer des nombres vraiment aléatoires pour la toute première fois

 

L’aléatoire n’est pas toujours aussi aléatoire que vous le pensez. Il est en fait très difficile pour les ordinateurs de de générer un véritable caractère aléatoire , car les algorithmes introduisent des motifs subtils qui peuvent être détectés, ce qui signifie que les nombres qu’ils proposent sont pseudo-aléatoires , et pas finalement imprévisibles.

 

Ce qui ne veut pas dire que les machines ne peuvent pas jouer un rôle. Et si nous prenions quelque chose, comme un robot, et le combinions avec un processus vraiment aléatoire? Les scientifiques ont fait une telle chose, exploitant l’imprévisibilité innée de la chimie d’une manière qui n’a jamais été faite auparavant: dans ce cas, regarder les cristaux se développer.

La ​​cristallisation n’est pas en fait une réaction chimique, mais un changement physique qui se produit lorsque des solides cristallins se forment à partir des produits d’une réaction, et les chercheurs disent que les possibilités de randomisation fournies par le processus de cristallisation peuvent être interminable.

“Dans un système chimique, chaque fois qu’une réaction est effectuée, il y a un nombre presque infini de façons énergétiquement équivalentes pour que des réactifs particuliers se combinent, entraînant à la fois une grande incertitude et une entropie, et la voie exacte entreprise ne sera jamais », a expliqué une équipe de l’Université de Glasgow dans une nouvelle étude .

“En tant que tel, l’entropie d’un tel système chimique est extraordinairement élevée et peut donc servir de très bon pool d’entropie pour l’application de la génération de nombres aléatoires.”

010 crystals random 1 (Lee et al., Matter, 2020)

Dans les nouveaux travaux, les chercheurs ont exploité ce potentiel apparemment infini pour le hasard en construisant un système robotique pour préparer, initier et surveiller des centaines de réactions chimiques parallèles dans une vaste gamme de flacons de chimie.

Au fur et à mesure que les cristaux grandissaient au hasard dans chaque flacon, le robot observait les formations par caméra, détectant et enregistrant la myriade de variables résultantes, y compris l’emplacement, la taille, la forme, l’orientation et la couleur des cristaux.

Des instantanés du réseau de flacons ont été capturés toutes les 10 minutes, puis les images converties en séquences binaires. Dans les tests de chiffrement et de craquage ultérieurs, la sortie du robot de cristallisation a satisfait aux tests d’aléatoire spécifiés par le National Institute for Standards and Technology, battant les résultats des générateurs de nombres pseudo-aléatoires informatisés conventionnels .

“Nous avons trouvé que nos messages encodés avec des nombres véritablement aléatoires mettaient plus de temps à se fissurer que l’algorithme, car notre système pouvait deviner l’algorithme et ensuite le forcer brutalement”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, le chimiste Leroy Cronin [ 19459014] Vice .

Bien sûr, bien qu’il s’agisse d’une preuve de concept remarquable – le premier exemple de génération de vrais nombres aléatoires en utilisant la stochasticité de la chimie, selon l’équipe – ce n’est peut-être pas le moyen le plus pratique de réaliser l’aléatoire.

Après tout, tout le monde ne peut pas avoir l’espace physique pour héberger un robot de cristallisation exécutant des centaines d’expériences chimiques en tandem.

Heureusement, les chercheurs suggèrent que le même type de système pourrait être capable de miniaturisation à l’avenir – scellant en quelque sorte toutes ces possibilités infinies dans le corps des ordinateurs électroniques conventionnels.

“C’est une idée un peu folle, mais c’est une façon de fouiller l’espace chimique”, a expliqué Cronin Vice . “Parce que l’espace chimique est tout simplement trop grand pour être exploré. Il y a beaucoup à dire pour aller dans une direction aléatoire.”

Les résultats sont rapportés dans Matter .

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