Kuantum rastgele sayı üreteci tasarımı ve uygulaması

Rastgelelik; şans/talih oyunları, istatistik hesaplamaları, bilgisayar simülasyonları, bilgi güvenliği ve şifreleme gibi içerisinde rastgele olayların yaşanması gereken her tür uygulamada karşımıza çıkmaktadır. Rastgeleliği kullanan olaylar için rastgelelik kalitesi oldukça önemlidir. Özellikle kriptoloji alanında kullanılan rastgele sayıların tahmin edilemez olması gerekliliği, rastgele sayı üreteçlerinin önemini artırmaktadır. Rastgele Sayı Üreteçleri (RSÜ), aralarında herhangi bir örüntü, ilişki olmayacak şekillerde tahmin edilemeyecek sayı dizileri üretilmesini sağlayan yazılımsal veya donanımsal bileşenlerdir. Yazılım kaynaklı RSÜ'ler deterministik uygulamalar olup donanım kaynaklı RSÜ'ler ise sisteme entegre edilebilen aygıtlardır. Yazılımsal RSÜ kullanılarak üretilen sayılarla yapılan şifreleme, deterministik yollarla geliştirildiği için, şifrelemenin gücüne göre değişen sürelerde, çözümlenmesi mümkün olan üreteçlerdir. Günümüzde geliştirilmeye çalışılan kuantum bilgisayarların hayatımıza girmesi ile klasik bilgisayarlarla çözümlemenin çok uzun zaman aldığı şifre çözme durumları için sürelerin önemli ölçüde kısalması beklenmektedir. Donanımsal RSÜ'ler ise, rastgelelik kaliteleri yazılım kaynaklı üreteçlerden daha güçlü olmakla birlikte maliyetli ve kullanımı sınırlı üreteçlerdir. Kuantum Rastgele Sayı Üreteçleri (KRSÜ) ise, klasik fizik yerine Kuantum fiziği yasalarının temel alındığı bir üreteç çeşididir. Fotonik tabanlı KRSÜ'de fotonların belirsizliğinden faydalanılarak çeşitli yazılımsal ve donanımsal işlemlerden sonra rastgele sayılar üretilir. Üretilen bu sayılar, tahmin edilemeyecek seviyede güçlü rastgele sayılardır. Bu tez çalışmasında, tek LED'li bir ışık kaynağından alınan görüntülerin RGB (Red – Green - Blue) değerlerinden faydalanılarak bir KRSÜ elde edilmeye çalışılmış ve üretilen sayıların rastgelelik testleri, NIST (National Institute of Standards and Technology) tarafından sağlanan testlerle gerçekleştirilmiştir. Sonuçta, tek ledli, beyaz ışık kaynağından elde edilen görüntülerle NIST testlerini başarıyla geçmiş rastgele sayı dizileri elde edilmiştir.