(Phys.org)—Stelle, quasar, e altri oggetti celesti generano fotoni in modo casuale, e ora gli scienziati hanno approfittato di questa casualità per generare numeri casuali a velocità di oltre un milione di numeri al secondo. La generazione di numeri casuali a velocità molto elevate ha una varietà di applicazioni, come nella crittografia e nelle simulazioni al computer.

Ma i ricercatori del nuovo studio sono anche interessati a utilizzare questi generatori di numeri casuali cosmici per un altro scopo:testare i fondamenti della fisica affrontando progressivamente un'altra scappatoia nei test di Bell. Mentre i test di Bell mostrano che le particelle quantistiche sono correlate in modi che non possono essere spiegati dalla fisica classica, i risultati potrebbero non essere affidabili se parti di questi test riescono a sfruttare qualsiasi tipo di scappatoia.

I ricercatori, guidato da Jian Wei Pan, presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina a Shanghai, hanno pubblicato un articolo sull'uso di sorgenti cosmiche per generare numeri casuali in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"Abbiamo presentato una realizzazione sperimentale di generatori di numeri casuali cosmici (RNG) e un progetto realistico di un esperimento di test Bell pronto per l'evento con questi RNG per affrontare la scappatoia della libertà di scelta mentre si chiudevano simultaneamente le scappatoie di località ed efficienza, " ha detto il coautore Jingyun Fan Phys.org . "Sarà di grande interesse implementare l'esperimento proposto nel prossimo futuro".

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un telescopio ottico situato presso l'Osservatorio di Astronomia a Xinglong, Cina, per raccogliere la luce da una varietà di sorgenti di radiazioni cosmiche molto luminose e distanti. Alcuni di questi oggetti sono più di un trilione di volte più luminosi del nostro Sole e si trovano a centinaia di milioni di anni luce di distanza.

Poiché l'intervallo di tempo tra gli eventi di emissione di fotoni è casuale, i fotoni vengono rilevati dal telescopio a intervalli di tempo casuali. Il dispositivo ha una risoluzione temporale di 25 picosecondi (un picosecondo è un trilionesimo di secondo). In media, viene rilevato un fotone circa una volta ogni 100 nanosecondi, corrispondente a più di un milione di fotoni rilevati al secondo. Questa tariffa è competitiva con gli attuali migliori generatori di numeri casuali di oggi, che utilizzano i laser come sorgente di fotoni.

Nella seconda parte del loro studio, i fisici proposero che questo generatore di numeri casuali cosmici potesse essere usato per migliorare i test di Bell. Questi test mirano a dimostrare che, a differenza delle nostre osservazioni del mondo classico, il mondo quantistico non obbedisce al realismo locale, un concetto che si riferisce a una combinazione di località (che gli oggetti non possono influenzarsi a vicenda su grandi distanze) e realismo (che gli oggetti esistono anche prima che venga effettuata qualsiasi misurazione). Violare una disuguaglianza di Bell mostra che, a livello quantistico, la natura viola la località o il realismo, o entrambi.

Però, I test Bell hanno diverse scappatoie. Tipicamente, le scappatoie sono modi in cui gli oggetti misurati condividono segretamente informazioni in modo classico per far sembrare che il realismo locale sia violato quando non lo è. Sebbene i fisici abbiano recentemente chiuso due di queste scappatoie (la scappatoia della località e la scappatoia di rilevamento), ci possono sempre essere alcune scappatoie che possono plausibilmente aggirare le restrizioni del test.

Una di queste possibilità è chiamata scappatoia della libertà di scelta (o casualità). Questa scappatoia suggerisce che le impostazioni del rivelatore, che sono determinate utilizzando generatori di numeri casuali, potrebbero essere state in qualche modo correlate anche prima dell'inizio dell'esperimento. Prima di adesso, si è pensato che queste correlazioni potessero essersi verificate solo una frazione di secondo prima dell'inizio dell'esperimento.

Utilizzando generatori di numeri casuali basati su sorgenti cosmiche, i ricercatori hanno dimostrato che queste correlazioni devono essersi verificate prima che i fotoni lasciassero le stelle, che è almeno 3000 anni prima dell'inizio dell'esperimento, un miglioramento di oltre 16 ordini di grandezza. (Un paio di mesi fa, un documento è stato pubblicato in modo indipendente che ha limitato le correlazioni ad almeno 600 anni nel passato, utilizzando metodi simili basati su fonti cosmiche di generazione di numeri casuali.)

Inoltre, un terzo gruppo indipendente di ricercatori ha recentemente suggerito che il vincolo di tempo per la scappatoia della libertà di scelta potrebbe essere ritardato di miliardi di anni utilizzando quasar molto distanti come generatori di numeri casuali.

Per perseguire ulteriormente questa possibilità, i ricercatori nel nuovo studio suggeriscono che un esperimento di Bell cosmico satellitare può ottenere risultati migliori rispetto agli esperimenti basati sulla Terra perché, per una cosa, eviterebbe perturbazioni atmosferiche. Sperano di perseguire ulteriormente tali miglioramenti in futuro.

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