Как сделать квантовый генератор

Собираем квантовый генератор случайных чисел

Цель этого проекта – создать настоящий квантовый генератор случайных чисел, то есть устройство, производящее на основе квантовых эффектов случайные числа. За реализацию случайности в нем будет отвечать ионизационная камера из пожарного извещателя.

Введение

Квантовая механика – это удивительная наука, выделяющаяся тем, что вносит поистине случайные процессы. К сравнению, в классической механике все перемещения определяются строго. Поэтому, хоть мы и не можем на практике предсказать итог броска монеты или игровых кубиков, теоретически можно в точности вычислить этот итог, если знать все задействованные в процессе силы. С другой стороны, результат единичных измерений в квантовой механике (насколько нам известно) наперед знать невозможно. В этом случае нам доступно лишь прогнозирование вероятности.

Задача проекта состоит в использовании этого свойства для создания настоящего квантового генератора случайных чисел. В качестве источника квантовой случайности я выбрал радиоактивный распад америция-241. Этот элемент используется в виде источника ионизации в ионизационных камерах пожарных извещателей. По факту ионизационные камеры можно использовать непосредственно.

Принцип действия

Подать на ионизационную камеру напряжение и усилить ток.
Измерить колебания тока, вызванные случайными флуктуациями радиоактивного распада.
Преобразовать колебания тока в поток битов.

Ионизационная камера

Такую камеру с Am-241 оказалось несложно достать на eBay всего за несколько долларов. Она состоит из металлического корпуса (1), центрального электрода (2) и электрода с америцием (3):

Америций-241 является источником альфа-излучения. Альфа-частицы (показаны зеленым) ионизируют воздух в камере и делают его слабопроводящим. При подаче напряжения между электродами и/или корпусом начинает протекать слабый ток. Его сила зависит от количества ионов в воздухе, которое, в свою очередь, зависит от количества распадов Am-241 в секунду. Радиоактивный распад – это lдействительно случайный процесс, в связи с чем ток должен иметь соответствующие колебания.

Предусилитель

Ток, протекающий через ионизационную камеру, очень слаб. Чтобы повысить его до уровня, позволяющего выполнить измерение, я собрал предусилитель на биполярных транзисторах:

Для получения сильного тока транзисторы Q1 и Q2 сконфигурированы как пара Дарлингтона. Q3 привносит дополнительный этап усиления и вместе с R4 преобразует сигнал тока в напряжение относительно земли. R2 ограничивает максимум протекающего через Q1, Q2 и Q3 тока, поскольку даже небольшая его величина может привести к тому, что пара Дарлингтона станет полностью проводящей.

Эта схема очень чувствительна. Без экранирования она улавливает от всех окружающих устройств шум в 50 Гц:

А с должным экранированием производит сигнал со средним значением около 1.5В и колебанием порядка 100мВ:

Фильтр низких частот

Чтобы избавиться от шумов, проходящих экранирование, и преобразовать выход преда с высоким сопротивлением в сигнал с низким сопротивлением, следующим этапом на пути сигнала будет активный фильтр низких частот. Для его проектирования я использовал очень удобный онлайн-калькулятор, а в качестве частоты среза установил 33Гц.

Компаратор

Если мы хотим использовать аналоговый выход фильтра в качестве случайного потока битов, то нам нужно преобразовать его в цифровой сигнал. Для этого в качестве компаратора я использую OpAmp.

Выход повышается, если входной сигнал (приходящий слева) оказывается выше опорного напряжения (поступающего снизу слева) и понижается, если ниже. Переключатель SW1 служит для запуска генерации опорного напряжения при запитывании цепи. Перемычка JP2 также, как R10, R11 и R12 используется для тонкой настройки генератора опорного напряжения. Все это я объясню подробнее чуть позже.

Журнал проекта

Собранный на макетной плате комплект работает. Светодиоды произвольно мигают, и у меня есть цифровой выход случайных бит с открытым стоком. Измерения тока очень чувствительны, поэтому экранирование ионизационной камеры и предусилителя очень важно. Без него на выходе получаем только шум в 50Гц.

Канал 2 показывает выходной сигнал измеренного тока за вычетом смещения постоянного тока. Поскольку сигнал достаточно медленный, мне пришлось использовать осциллограф в режиме постоянного тока и добавить собственный RC фильтр верхних частот для повышения надежности измерений.

Канал 1 показывает цифровой выход схемы. Он генерируется путем сравнения аналогового выхода с опорным напряжением при помощи триггера Шмидта.

Теперь мне нужно задокументировать эту рабочую схему и перенести ее уже на более постоянную макетную плату.

Корпус

Параллельно с проверкой работоспособности схемы и устранением последних багов я также работаю над корпусом для устройства. Он немного тесноват, но все необходимое вполне в нем умещается.

Примечание: используемый автором датчик дыма является общедоступным и вполне может быть куплен на eBay, AliExpress и некоторых отечественных ресурсах. При этом нужно учитывать, что степень активности используемого в нем америция составляет 0.9 МКи. Законом же максимально допустимое значение активности америция-241 для источников, не требующих лицензирования, установлено в пределах 0.29 МКи. Таким образом, заказ и применение подобных датчиков могут быть сочтены незаконными.

ruvds_перевод
радиоактивность
генератор случайных чисел
квантовый генератор
diy

Блог компании RUVDS.com
Программирование
Производство и разработка электроники
Физика
DIY или Сделай сам

Квантовый генератор в майнкрафт 1.7.10 (IC 2E+ Advanced Solar Panels)

Иконка канала Как Сделать с Пользой

Minecraft — 1.7.10 Advanced Solar Panels v3.5.1 Industrial Craft 2 Experimental v2.2.668 Скачать IC2 Experimental — http://ic2api.player.to:8080/job/IC2_experimental/ Скачать Advanced Solar Panels — http://forum.industrial-craft.net/index.php?page=Thread&threadID=3291&pageNo=1 Плей лист по Advanced Solar Panels — https://www.youtube.com/playlist?list=PLmJgrMY5aSf2cpjOFhO8zZxriiwDszNkm Для тех кто хочет поддержать меня не только лайками и подпиской. Webmoney: R400355293656

Войдите , чтобы оставлять комментарии

Квантовые генераторы || Quantum Generators

Отправлять сообщения могут только пользователи, которые хотя бы один раз заходили через лаунчер.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

Объявления

Клановый эвент
Конкурс построек «День Святого Валентина»
Эвент «Игра в Майнкрафт»

Ответы 139
Создано 6 г
Последний ответ 1 г

Лучшие авторы в этой теме

Как сделать квантовый генератор энергии

Квантовая энергия — это энергия, существующая в субатомном мире. Эта энергия присутствует в квантовых частицах, обладающих странными и удивительными свойствами. Это форма энергии, которая невероятно мощна и может произвести революцию в том, как мы генерируем энергию. Использование квантовой энергии может привести к почти безграничному источнику энергии без негативного воздействия традиционных источников энергии. В этой статье мы опишем шаги по созданию собственного генератора квантовой энергии.

Пошаговое руководство по созданию собственного генератора квантовой энергии

Шаг 1. Соберите материалы

Первый шаг в создании генератора квантовой энергии — это сбор необходимых материалов. . Вам понадобится несколько основных материалов, таких как медная проволока, батарея, магнит и различные другие компоненты, такие как конденсаторы и резисторы. Вы можете приобрести эти элементы в Интернете или в местном магазине электроники.

Шаг 2. Соберите генератор

Когда у вас есть все необходимые материалы, вы можете приступить к сборке генератора. Начните с намотки медной проволоки вокруг магнита. Это создаст магнитное поле, которое индуцирует электрический ток в проводе. Подсоедините провод к аккумулятору и другим компонентам, а затем проверьте генератор, чтобы убедиться, что он работает правильно.

Шаг 3. Используйте силу квантовой энергии

Последний шаг в создании вашего генератора квантовой энергии — это использование силы квантовой энергии. Это делается с помощью специального типа конденсатора, который может накапливать и выделять квантовую энергию. Подключите конденсатор к генератору, а затем используйте вырабатываемую им энергию для питания электронных устройств, таких как лампочка или радиоприемник. Создание собственного генератора квантовой энергии может показаться сложной задачей, но на самом деле это довольно просто. Следуя этим шагам, вы сможете построить генератор, использующий мощность квантовой энергии и производящий чистую возобновляемую энергию. Представьте, что вы можете питать свой дом или бизнес с помощью устройства, которое не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. С квантовой энергией эта мечта может стать реальностью. Так почему бы не попробовать и посмотреть, какую невероятную энергию вы можете генерировать?