Schéma postupu pro generování náhodných čísel pomocí krystalizace.

Ačkoliv to možná na první pohled nevypadá, generování náhodných čísel bylo vždy pro počítače velmi záludné. Jde totiž velmi hrubě proti samotné povaze počítačů, které byly vymyšleny tak, aby byly co nejvíce předpověditelné. Výsledkem těchto protichůdných tlaků obvykle je, že počítač vytváří víceméně pseudonáhodná čísla. A to bývá problém.

Leeroy Cronin, profesor, University of Glasgow. Kredit: Lee Cronin.

Náhodná čísla jsou totiž velmi důležitá pro celou řadu aplikací v mnoha odvětvích. Zcela zásadní jsou v šifrování dat. Většina soudobých postupů při šifrování doslova závisí na neustálém generování náhodných čísel. A protože to nejsou skutečně náhodná čísla, ale pseudonáhodná čísla, tak takové šifrování může relativně snadno prolomit šikovný software, který v pseudonáhodných číslech brzy objeví určité uspořádání a šifru prorazí.

Vědci po celém světě se proto snaží vymýšlet postupy, které by zajistily skutečná náhodná čísla. Tým britské University of Glasgow vyvinul nový, úchvatný a téměř alchymistický postup pro získávání náhodných čísel, který využívá růst krystalů. Zkřížili chemii se softwarem. Jejich výzkum publikoval časopis Matter.

Nastavení robotického systému. Kredit: Lee et al. (2020), Matter.

Proč zrovna růst krystalů? Proces krystalizace je náhodný kvůli tomu, že přechod chemických látek z neuspořádaného stavu v roztoku do více uspořádaného krystalu ovlivňuje mnoha rozmanitých faktorů. Důsledkem toho je, že se během krystalizace objevuje celá řada náhodných parametrů, počínaje geometrií rostoucích krystalů, až po načasování jejich vzniku.

Vyšetřování procesů. Chemické schema viz zde. Kredit: Lee et al. (2020), Matter.

Aby Lee Cronin a jeho kolegové mohli vytěžit z krystalizace náhodná čísla, postavili si k tomu důmyslného Krystalizačního robota. Součástí tohoto automatizovaného systému byly krystalizační misky, v nichž krystalizovaly různé roztoky, společně s nezbytnými obslužnými mechanismy, a pak také kamera. Krystalizační robot pořizoval snímky probíhajících krystalizací. Tyto snímky pak systém převáděl na soubory nul a jedniček, podle toho, jak rostly krystaly. Nakonec Krystalizační robot složil nuly a jedničky dohromady a získal náhodné číslo.

Croninův tým svůj krystalizační generátor náhodných čísel vyzkoušel společně s běžnou komerční šifrující aplikací. Oba systémy měly za úkol zašifrovat slovo, kterým bylo příznačné „crystal“. Pak použili běžný systém na prolamování šifer. Ukázalo se, že prolomit šifru Krystalizačního robota bylo pro tento systém těžší, takže tahle zvláštní metoda generování náhodných čísel funguje.

Video: New Materials : Digitizing Chemistry - Lee Cronin, Professor at Glasgow University

Literatura

Phys.org 19. 2. 2020, Matter online 10. 2. 2020.