Физические датчики случайных воздействий

Для определения случайно последовательности необходима некоторая случайная величина. А где ее взять? Конечно в природе! Поскольку некоторые квантово-механические процессы абсолютно случайны, они являются «золотым стандартом» для ГСЧ. Явления, использующиеся в генераторах, включают:

• Дробовой шум — это шум в электрических цепях, вызванный дискретностью носителей электрического заряда. Также этим термином называют шум в оптических приборах, вызванный дискретностью переносчика света. В данном случае, в качестве источника шума используют фотоэлектронный умножитель или электровакуумные фотоэлементы.
• Радиоактивный распад используется в качестве источника шума, поскольку для него характерна случайность каждого отдельного акта распада. В результате на приемник (например, счетчик Гейгера или сцинтилляционный счетчик) в различные промежутки времени попадает разное количество частиц.
• Спонтанное параметрическое рассеяние (процесс в квантовой оптике) также может быть использовано в генераторах случайных чисел.

Неквантовые явления проще детектировать, но АГСЧ, основанные на них, будут сильно зависеть от температуры (например, величина теплового шума пропорциональна температуре окружающей среды). Среди процессов, использующихся в АГСЧ, можно отметить:

Тепловой шум в резисторе, из которого после усиления получается генератор случайных напряжений. В частности генератор чисел компьютере Ferranti Mark 1 был основан на этом явлении.

Атмосферный шум, измеренный радиоприемником, сюда же можно отнести и прием частиц, прилетающих на Землю из космоса, которые регистрируются приемником, а их количество в разные промежутки времени случайно.

Разница в скорости хода часов — явление, заключающееся в том, что ход разных часов не будет абсолютно совпадать[5].

С распространением компьютеров (и моделирования) все более пристальное внимание стало уделяться методам генерирования, или генераторам, случайных чисел, совместимых со способом работы компьютеров. При этом способе генерации случайные числа вырабатываются специальной электронной приставкой - генератором (датчиком) СЧ, служащей в качестве одного из внешних устройств ЭВМ. В качестве физического эффекта, лежащего в основе таких генераторов чисел, чаще всего используются шумы в электронных и полупроводниковых приборах, явления распада радиоактивных элементов и т.д. (количество радиоактивных частиц).

Преимуществом физических датчиков является высокая скорость формирования случайных чисел.

К недостаткам физических датчиков случайных чисел относятся:

1) изготовление отдельного прибора;

2) не позволяют гарантировать качество последовательности непосредственно во время моделирования системы на ЭВМ, а также повторно получать при моделировании одинаковые последовательности чисел.