(Phys.org)—Étoiles, quasars, et d'autres objets célestes génèrent des photons de manière aléatoire, et maintenant les scientifiques ont profité de ce caractère aléatoire pour générer des nombres aléatoires à des taux de plus d'un million de nombres par seconde. La génération de nombres aléatoires à des taux très élevés a une variété d'applications, comme dans la cryptographie et les simulations informatiques.

Mais les chercheurs de la nouvelle étude sont également intéressés par l'utilisation de ces générateurs de nombres aléatoires cosmiques dans un autre but :tester les fondements de la physique en comblant progressivement une autre faille dans les tests de Bell. Alors que les tests de Bell montrent que les particules quantiques sont corrélées d'une manière qui ne peut être expliquée par la physique classique, les résultats peuvent ne pas être fiables si certaines parties de ces tests parviennent à tirer parti de tout type de faille.

Les chercheurs, dirigé par Jian-Wei Pan, à l'Université des sciences et technologies de Chine à Shanghai, ont publié un article sur l'utilisation de sources cosmiques pour générer des nombres aléatoires dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

« Nous avons présenté une réalisation expérimentale de générateurs de nombres aléatoires cosmiques (RNG) et une conception réaliste d'une expérience de test Bell prête pour l'événement avec ces RNG pour remédier à la faille de la liberté de choix tout en comblant simultanément les failles de localité et d'efficacité, " a déclaré le co-auteur Jingyun Fan Phys.org . "Il sera très intéressant de mettre en œuvre l'expérience proposée dans un proche avenir."

Dans leur travail, les chercheurs ont utilisé un télescope optique situé à l'observatoire d'astronomie de Xinglong, Chine, pour collecter la lumière d'une variété de sources de rayonnement cosmique très brillantes et distantes. Certains de ces objets sont plus de mille milliards de fois plus brillants que notre Soleil et situés à des centaines de millions d'années-lumière.

Étant donné que l'intervalle de temps entre les événements d'émission de photons est aléatoire, les photons sont détectés par le télescope à des intervalles de temps aléatoires. L'appareil a une résolution temporelle de 25 picosecondes (une picoseconde correspond à un trillionième de seconde). En moyenne, un photon est détecté environ une fois toutes les 100 nanosecondes, correspondant à plus d'un million de photons détectés par seconde. Ce taux est compétitif avec les meilleurs générateurs de nombres aléatoires actuels, qui utilisent des lasers comme source de photons.

Dans la deuxième partie de leur étude, les physiciens ont proposé que ce générateur de nombres aléatoires cosmiques puisse être utilisé pour améliorer les tests de Bell. Ces tests visent à montrer que, contrairement à nos observations du monde classique, le monde quantique n'obéit pas au réalisme local - un concept qui fait référence à une combinaison de localité (que les objets ne peuvent pas s'influencer sur de grandes distances) et de réalisme (que les objets existent avant même que toute mesure ne soit effectuée). La violation d'une inégalité de Bell montre que, au niveau quantique, la nature viole soit la localité, soit le réalisme, ou les deux.

Cependant, Les tests de Bell comportent plusieurs lacunes. Typiquement, les failles sont des moyens pour les objets mesurés de partager secrètement des informations de manière classique afin de faire apparaître que le réalisme local est violé alors qu'il ne l'est pas. Bien que les physiciens aient récemment comblé deux de ces failles (la faille de localité et la faille de détection), il peut toujours y avoir des échappatoires qui peuvent éventuellement contourner les restrictions du test.

L'une de ces possibilités s'appelle la faille de la liberté de choix (ou du caractère aléatoire). Cette lacune suggère que les paramètres du détecteur, qui sont déterminés à l'aide de générateurs de nombres aléatoires, auraient pu être corrélés avant même le début de l'expérience. Avant maintenant, on a pensé que ces corrélations auraient pu se produire juste une fraction de seconde avant le début de l'expérience.

En utilisant des générateurs de nombres aléatoires basés sur des sources cosmiques, les chercheurs ont montré que ces corrélations devaient s'être produites avant que les photons ne quittent les étoiles, c'est-à-dire au moins 3000 ans avant le début de l'expérience, une amélioration de plus de 16 ordres de grandeur. (Il y a quelques mois, un article a été publié indépendamment qui a limité les corrélations à au moins 600 ans dans le passé, en utilisant des méthodes similaires basées sur des sources cosmiques de génération de nombres aléatoires.)

En outre, un troisième groupe de chercheurs indépendants a récemment suggéré que la contrainte de temps pour la faille de la liberté de choix pourrait être repoussée de milliards d'années en utilisant des quasars très éloignés comme générateurs de nombres aléatoires.

Pour poursuivre cette possibilité, les chercheurs de la nouvelle étude suggèrent qu'une expérience cosmique Bell basée sur un satellite peut obtenir de meilleurs résultats que les expériences terrestres car, pour une chose, cela éviterait les perturbations atmosphériques. Ils espèrent poursuivre ces améliorations à l'avenir.

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