(Phys.org)—Stjärnor, kvasarer, och andra himmelska objekt genererar fotoner på ett slumpmässigt sätt, och nu har forskare utnyttjat denna slumpmässighet för att generera slumpmässiga tal med hastigheter på mer än en miljon tal per sekund. Att generera slumptal med mycket höga hastigheter har en mängd olika tillämpningar, såsom i kryptografi och datorsimuleringar.

Men forskarna i den nya studien är också intresserade av att använda dessa kosmiska slumptalsgeneratorer för ett annat syfte:att testa fysikens grunder genom att successivt ta itu med ett annat kryphål i Bell-testerna. Medan Bell-tester visar att kvantpartiklar är korrelerade på sätt som inte kan förklaras av klassisk fysik, resultaten kanske inte är tillförlitliga om delar av dessa tester lyckas dra fördel av någon form av kryphål.

Forskarna, ledd av Jian-Wei Pan, vid University of Science and Technology of China i Shanghai, har publicerat en artikel om att använda kosmiska källor för att generera slumpmässiga tal i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev .

"Vi presenterade en experimentell realisering av kosmiska slumptalsgeneratorer (RNG) och en realistisk design av ett händelsefärdigt Bell-testexperiment med dessa RNG:er för att ta itu med kryphålet för valfrihet samtidigt som vi stänger kryphålen för lokalitet och effektivitet, " berättade medförfattaren Jingyun Fan Phys.org . "Det kommer att vara av stort intresse att genomföra det föreslagna experimentet inom en snar framtid."

I sitt arbete, forskarna använde ett optiskt teleskop beläget vid Astronomy Observatory i Xinglong, Kina, att samla in ljus från en mängd mycket ljusa och avlägsna kosmiska strålningskällor. Vissa av dessa objekt är mer än en biljon gånger ljusare än vår sol och ligger hundratals miljoner ljusår bort.

Eftersom tidsintervallet mellan fotonemissionshändelser är slumpmässigt, fotonerna detekteras av teleskopet med slumpmässiga tidsintervall. Enheten har en tidsupplösning på 25 pikosekunder (en pikosekund är en biljondels sekund). I genomsnitt, en foton detekteras ungefär en gång var 100:e nanosekund, motsvarande mer än en miljon fotoner som detekteras per sekund. Denna kurs är konkurrenskraftig med dagens bästa slumptalsgeneratorer, som använder lasrar som fotonkälla.

I den andra delen av sin studie, fysikerna föreslog att denna kosmiska slumptalsgenerator skulle kunna användas för att förbättra Bell-tester. Dessa tester syftar till att visa att, till skillnad från våra observationer av den klassiska världen, kvantvärlden lyder inte lokal realism – ett begrepp som refererar till en kombination av lokalitet (att objekt inte kan påverka varandra över stora avstånd) och realism (att objekt existerar redan innan någon mätning görs). Att bryta mot en Bell-ojämlikhet visar att, på kvantnivå, naturen kränker antingen lokalitet eller realism, eller båda.

Dock, Klocktester har flera kryphål. Vanligtvis, Kryphål är sätt för objekten som mäts att i hemlighet dela information på ett klassiskt sätt för att få det att framstå som att den lokala realismen kränks när den inte är det. Även om fysiker nyligen har stängt två av dessa kryphål (kryphålet på orten och kryphålet för upptäckt), det kan alltid finnas några kryphål som kan tänkas kringgå testets begränsningar.

En sådan möjlighet kallas kryphålet för valfrihet (eller slumpmässighet). Detta kryphål antyder att detektorinställningarna - som bestäms med hjälp av slumptalsgeneratorer - på något sätt kunde ha korrelerats redan innan experimentet började. Före nu, man har trott att dessa korrelationer kunde ha inträffat bara en bråkdel av en sekund innan experimentets start.

Genom att använda slumptalsgeneratorer baserade på kosmiska källor, forskarna visade att dessa korrelationer måste ha inträffat innan fotonerna lämnade stjärnorna, vilket är minst 3000 eller så år innan experimentet började – en förbättring med mer än 16 storleksordningar. (För ett par månader sedan, en artikel publicerades oberoende som begränsade korrelationerna till minst 600 år tidigare, använder liknande metoder baserade på kosmiska källor för generering av slumptal.)

Dessutom, en tredje oberoende grupp av forskare har nyligen föreslagit att tidsbegränsningen för kryphålet för valfrihet skulle kunna pressas tillbaka med miljarder år genom att använda mycket avlägsna kvasarer som slumptalsgeneratorer.

För att fortsätta med denna möjlighet, forskarna i den nya studien föreslår att ett satellitbaserat kosmiskt Bell-experiment kan ge bättre resultat än jordbaserade experiment eftersom för en sak, det skulle undvika atmosfäriska störningar. De hoppas kunna fortsätta med sådana förbättringar i framtiden.

© 2017 Phys.org