Обмануть математику. Ученые придумали как создать по-настоящему случайные числа

Как химики погрузились в математику?

Как ни странно, для создания математической последовательности случайных цифр ученые использовали физико-химический процесс — выращивание кристаллов.

По сути, кристаллизация это процесс затвердения, а точнее — выделения продукта реакции. Кристаллизацией также называют переход вещества из газообразного, жидкого или твердого состояния в кристаллическое.

Химики из Шотландии предположили, что случайности, которые происходят в процессе кристаллизации, могут быть бесконечными.

«При каждой химической реакции существует практически бесконечное число энергетически эквивалентных способов объединения определенных реагентов, что приводит как к высокой неопределенности, так и к энтропии, и точно выбранная последовательность никогда не будет повторяться», — пишут авторы исследования.

Ученые говорят, что степень энтропии — меры беспорядка — в химической системе кристаллизации чрезвычайно высока, и ее можно использовать для создания самого лучшего генератора случайных чисел.

В качестве эксперимента химики разработали роботизированную систему, которая мониторит и запускает сотни параллельных химических реакций, идентичных с кристаллизацией.

Созданная система буквально обучалась у кристаллов, как создать настоящую случайную последовательность чисел, наблюдая за множеством переменных в вариантах размещения кристаллов, их формы, ориентации, цвета и т. д.

Ученые делали снимки процесса кристаллизации каждые 10 минут, а затем конвертировали их в бинарную последовательность, в которой участвуют только два числа.

Случайную последовательность, которую создал робот, обученный кристаллами, одобрили в Национальном институте стандартов и технологий США. Эта последовательность также побила рекорды «случайности» самых известных генераторов псевдослучайных чисел.

Однако, это не означает, что новая роботизированная система создает абсолютно случайные последовательности: алгоритмы все же разгадывают ее принцип, но дольше, чем могут предсказать любые другие псевдослучайности.

Авторы системы планируют и дальше исследовать химические реакции, которые в будущем помогут нам создать абсолютно случайную последовательность.

Кроме генерации случайностей, химия может быть полезной и в создании новых систем хранения информации.

USB из ДНК

Как ранее писало НВ, в прошлом году группа исследователей из Microsoft и Вашингтонского университета разработала первую автоматическую систему хранения данных в искусственной молекуле ДНК.

Благодаря автоматическому хранилищу информации в синтетических молекулах ДНК, которые отвечают за генетическую память человека, ученые смогли закодировать слово «hello» и расшифровать его обратно в цифровые данные.

Программное обеспечение, которое разработали в Microsoft и Вашингтонском университете, форматирует простейшие цифровые данные (единицы и нули) в группы органических соединений — нуклеотиды, из которых состоит ДНК.

Оборудование собирает полученные жидкости и реагенты и помещает их в емкость для хранения.

Чтобы перевести информацию обратно в цифровую — система добавляет определенные химические элементы, которые позволяют расшифровать последовательность данных в молекулах ДНК.

В перспективе, технология может позволить хранить огромные объемы информации в устройствах, равных по размеру игральным костям.

Кроме того, это может значительно расширить сроки хранения информации, поскольку ДНК может существовать в течение многих веков и даже тысячелетий. Цифровые носители, в свою очередь, приходят в негодность уже за несколько десятков лет.

«Наша главная цель — запустить в эксплуатацию систему, которая для конечного пользователя будет выглядеть почти так же, как и любая другая система облачного хранения: сведения отправляются в центр обработки данных и сохраняются там, а затем просто появляются, когда понадобятся клиенту. Для этого нам нужно было доказать, что это имеет практический смысл с точки зрения автоматизации», — говорили в Microsoft.