(Phys.org) —Estrelas, quasares, e outros objetos celestes geram fótons de forma aleatória, e agora os cientistas tiraram proveito dessa aleatoriedade para gerar números aleatórios a taxas de mais de um milhão de números por segundo. A geração de números aleatórios em taxas muito altas tem uma variedade de aplicações, como em criptografia e simulações de computador.

Mas os pesquisadores do novo estudo também estão interessados ​​em usar esses geradores cósmicos de números aleatórios para outro propósito:testar os fundamentos da física abordando progressivamente outra lacuna nos testes de Bell. Embora os testes de Bell mostrem que as partículas quânticas são correlacionadas de maneiras que não podem ser explicadas pela física clássica, os resultados podem não ser confiáveis ​​se partes desses testes conseguirem tirar proveito de qualquer tipo de brecha.

Os pesquisadores, liderado por Jian-Wei Pan, na Universidade de Ciência e Tecnologia da China em Xangai, publicaram um artigo sobre o uso de fontes cósmicas para gerar números aleatórios em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Apresentamos uma realização experimental de geradores cósmicos de números aleatórios (RNGs) e um projeto realista de um experimento de teste de Bell pronto para eventos com esses RNGs para abordar a brecha de liberdade de escolha enquanto fecha as brechas de localidade e eficiência simultaneamente, "disse o co-autor Jingyun Fan Phys.org . "Será de grande interesse implementar o experimento proposto em um futuro próximo."

Em seu trabalho, os pesquisadores usaram um telescópio óptico localizado no Observatório de Astronomia em Xinglong, China, para coletar luz de uma variedade de fontes de radiação cósmica muito brilhantes e distantes. Alguns desses objetos são mais de um trilhão de vezes mais brilhantes que o nosso Sol e estão localizados a centenas de milhões de anos-luz de distância.

Uma vez que o intervalo de tempo entre os eventos de emissão de fótons é aleatório, os fótons são detectados pelo telescópio em intervalos de tempo aleatórios. O dispositivo tem uma resolução de tempo de 25 picossegundos (um picossegundo é um trilionésimo de segundo). Na média, um fóton é detectado cerca de uma vez a cada 100 nanossegundos, correspondendo a mais de um milhão de fótons detectados por segundo. Esta taxa é competitiva com os melhores geradores de números aleatórios atuais, que usam lasers como fonte de fótons.

Na segunda parte do estudo, os físicos propuseram que este gerador cósmico de números aleatórios pudesse ser usado para melhorar os testes de Bell. Esses testes visam mostrar que, ao contrário de nossas observações do mundo clássico, o mundo quântico não obedece ao realismo local - um conceito que se refere a uma combinação de localidade (que os objetos não podem influenciar uns aos outros em grandes distâncias) e realismo (que os objetos existem mesmo antes de qualquer medição ser feita). Violar uma desigualdade de Bell mostra que, no nível quântico, a natureza viola a localidade ou o realismo, ou ambos.

Contudo, Os testes de Bell têm várias lacunas. Tipicamente, brechas são maneiras de os objetos medidos compartilharem secretamente informações de uma maneira clássica, a fim de dar a impressão de que o realismo local foi violado, quando na verdade não foi. Embora os físicos tenham fechado recentemente duas dessas lacunas (a lacuna de localidade e a lacuna de detecção), sempre pode haver algumas lacunas que podem contornar as restrições do teste.

Uma dessas possibilidades é chamada de brecha de liberdade de escolha (ou aleatoriedade). Essa lacuna sugere que as configurações do detector - que são determinadas usando geradores de números aleatórios - podem ter sido correlacionadas de alguma forma, mesmo antes do início do experimento. Até agora, pensou-se que essas correlações poderiam ter ocorrido apenas uma fração de segundo antes do início do experimento.

Ao usar geradores de números aleatórios com base em fontes cósmicas, os pesquisadores mostraram que essas correlações devem ter ocorrido antes de os fótons deixarem as estrelas, o que é pelo menos 3.000 anos antes do início do experimento - uma melhoria de mais de 16 ordens de magnitude. (Alguns meses atrás, um artigo foi publicado de forma independente que restringiu as correlações a pelo menos 600 anos no passado, usando métodos semelhantes baseados em fontes cósmicas de geração de números aleatórios.)

Além disso, um terceiro grupo independente de pesquisadores sugeriu recentemente que a restrição de tempo para a brecha da liberdade de escolha poderia ser adiada por bilhões de anos usando quasares muito distantes como geradores de números aleatórios.

Para prosseguir com essa possibilidade, os pesquisadores no novo estudo sugerem que um experimento cósmico Bell baseado em satélite pode obter melhores resultados do que experimentos baseados na Terra porque, por uma coisa, evitaria perturbações atmosféricas. Eles esperam prosseguir com essas melhorias no futuro.

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