Новини науки

Група дослідників з Шотландії використала кристали для створення абсолютно випадкової послідовності чисел.

Вчені з Університету Глазго задіяли хімічний процес для створення по-справжньому випадкової послідовності. Їхній винахід побив рекорд найпотужнішого генератора випадкових чисел.

Для багатьох людей поняття на кшталт нескінченності, випадковості, ймовірності і т. д. є незрозумілими. Але математика дозволяє нам не тільки описати їх, а й використовувати у повсякденному житті.

Наприклад, згідно з одним із математичних парадоксів, у групі людей з 57 осіб і більше, ймовірність збігу днів народження у двох людей становить 99%. При цьому, така ймовірність досягає 100% тільки у групі з 367 людей, хоча в році всього 365 днів.

Ще цікавіше йдуть справи з випадковостями. Як на вашу думку, — чи існує в світі будь-який суперкомп’ютер, який може створити абсолютно випадкову послідовність чисел?

Так, такі пристрої є, але їхня проблема в тому, що сучасні алгоритми дозволяють визначити принцип розподілу цифр навіть у «найвипадковішій» послідовності, і передбачити її. Через це вчені називають подібні машинні випадковості «псевдовипадковими».

Днями представники шотландського Університету Глазго опублікували дослідження, згідно з яким створити справжню випадковість може природний хімічний процес.

Як хіміки занурилися в математику?

Як не дивно, для створення математичної послідовності випадкових чисел вчені використовували фізико-хімічний процес — вирощування кристалів.

По суті, кристалізація це процес затвердіння, а точніше — виділення продукту реакції. Кристалізацією також називають перехід речовини з газоподібного, рідкого або твердого стану в кристалічний.

Хіміки з Шотландії припустили, що випадковості, які відбуваються в процесі кристалізації, можуть бути нескінченними.

«Під час кожної хімічної реакції існує практично нескінченне число енергетично еквівалентних способів об'єднання певних реагентів, що призводить як до високої невизначеності, так і до ентропії, і точно обрана послідовність ніколи не буде повторюватися», — пишуть автори дослідження.

Вчені говорять, що ступінь ентропії — міри безладу — в хімічній системі кристалізації надзвичайно висока, і її можна використовувати для створення найкращого генератора випадкових чисел.

Як експеримент хіміки розробили роботизовану систему, яка моніторить і запускає сотні паралельних хімічних реакцій, ідентичних з кристалізацією.

Створена система буквально навчалася у кристалів, як створити справжню випадкову послідовність чисел, спостерігаючи за безліччю змінних у варіантах розміщення кристалів, їхньої форми, орієнтації, кольору і т. д.

Вчені робили знімки процесу кристалізації кожні 10 хвилин, а потім конвертували їх у бінарну послідовність, у якій беруть участь тільки два числа.

Випадкову послідовність, яку створив робот, навчений кристалами, схвалили в Національному інституті стандартів і технологій США. Ця послідовність також побила рекорди «випадковості» найвідоміших генераторів псевдовипадкових чисел.

Однак, це не означає, що нова роботизована система створює абсолютно випадкові послідовності: алгоритми все ж розгадують її принцип, але довше, ніж можуть передбачити будь-які інші псевдовипадковості.

Автори системи планують і далі досліджувати хімічні реакції, які в майбутньому допоможуть нам створити абсолютно випадкову послідовність.

Крім генерації випадковостей, хімія може бути корисною і в створенні нових систем зберігання інформації.

USB з ДНК

Як раніше писало НВ, минулого року група дослідників з Microsoft і Вашингтонського університету розробила першу автоматичну систему зберігання даних у штучній молекулі ДНК.

Завдяки автоматичному сховищу інформації в синтетичних молекулах ДНК, які відповідають за генетичну пам’ять людини, вчені змогли закодувати слово «hello» і розшифрувати його назад у цифрові дані.

Програмне забезпечення, яке розробили в Microsoft і Вашингтонському університеті, форматує найпростіші цифрові дані (одиниці та нулі) в групи органічних сполук — нуклеотиди, з яких складається ДНК.

Устаткування збирає отримані рідини і реагенти і поміщає їх у ємність для зберігання.

Щоб перевести інформацію назад у цифрову —система додає певні хімічні елементи, які дозволяють розшифрувати послідовність даних у молекулах ДНК.

У перспективі, технологія може дозволити зберігати величезні обсяги інформації в пристроях, рівних за розміром гральним кубикам.

Крім того, це може значно розширити терміни зберігання інформації, оскільки ДНК може існувати протягом багатьох століть і навіть тисячоліть. Цифрові носії, в свою чергу, стають непридатними до використання вже за кілька десятків років.

"Наша головна мета — запустити в експлуатацію систему, яка для кінцевого користувача буде виглядати майже так само, як і будь-яка інша система хмарного зберігання: відомості надсилаються в центр обробки даних і зберігаються там, а потім просто з’являються, коли знадобляться клієнту. Для цього нам потрібно було довести, що це має практичний сенс з точки зору автоматизації", — говорили в Microsoft.