Szwajcarzy stworzyli pierwszy prawdziwy generator liczb losowych
Gdy rzucasz kostką wydaje się, że wynik jest całkowicie losowy. Kostka ma sześć ścianek, są równe szanse, że wypadnie jedna z nich. A jednak po tysiącach rzutów okazuje się, że jedna ściana wypada odrobinę częściej niż pozostałe. Do gry ze znajomymi to nie ma znaczenia, dla fizyka czy statystyka to fundamentalny problem każdego generatora liczb losowych, nawet najnowocześniejszego. Naukowcy z ETH Zurich po raz pierwszy w historii znaleźli sposób, by go obejść.
Zespół profesorów Renato Rennera i Andreasa Wallraffa z Wydziału Fizyki ETH Zurich ogłosił właśnie na łamach Nature wynik badań, które mogą zmienić oblicze cyfrowego bezpieczeństwa. Udało im się stworzyć doskonałe liczby losowe – czyli takie, co do których można matematycznie zagwarantować, że żadna liczba nie pojawia się częściej niż inna.
Może to brzmieć dziwnie, ale stworzenie idealnej monety czy idealnej kostki jest niemal niemożliwe – mówi Renner. Bez względu na to, jak symetrycznie i gładko wykonana jest kostka, po rzucie jedna z jej sześciu ścian zawsze będzie wskazywać ku górze nieznacznie częściej. Nawet nowoczesne generatory liczb losowych, oparte na efektach kwantowych, takich jak odbicie fotonów od półprzepuszczalnych luster, nie są całkowicie odporne na taki błąd systematyczny, czyli „odchylenie” – dodaje Wallraff. W większości zastosowań takie problemy to drobiazg. W kryptografii jednak nawet minimalne odchylenie może stać się furtką dla atakującego.
Szwajcarscy naukowcy wykorzystali ulepszony test Bella, w którym połączyli wysoką jakość z wysoką przepustowością danych. Użyli przy tym dwóch nadprzewodzących chipów schłodzonych do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Każdy z nich pełni rolę kubitu, kwantowego bitu, który może przyjmować stany „0”, „1” lub dowolną ich superpozycję. Chipy połączone są trzydziestometrową schłodzoną rurą, przez którą przesyłane są fotony mikrofalowe, które tworzą splątanie kwantowe między kubitami.
Splątanie oznacza, że pomiar na jednym kubicie natychmiast wpływa na wynik pomiaru drugiego, niezależnie od dzielącej je odległości. Trzydzieści metrów separacji gwarantuje, że w czasie trwania pomiaru żadna informacja nie może zostać wymieniona między układami nawet z prędkością światła. To warunek niezbędny dla zachowania doskonałej losowości.
Wybór rodzaju pomiaru na kubitach był sterowany przez niedoskonały generator liczb losowych. Następnie specjalny algorytm opracowany przez zespół Rennera przetwarzał wyniki, wydobywając z nich sekwencję bitów wolną od jakichkolwiek odchyleń. Powstała sekwencja zer i jedynek jest naprawdę doskonale losowa i możemy to nawet certyfikować – zapewnia Renner. Naukowcy twierdzą, że ich liczby są doskonale losowe i takimi pozostaną, niezależnie od metod analitycznych wykorzystanych do oceny ich losowości.
Badacze przewidują, że ich technologia może z czasem odegrać rolę analogiczną do tej, jaką atomowe wzorce czasu pełnią w nawigacji i telekomunikacji – stać się fizycznie certyfikowanym źródłem losowości, na którym będą mogły polegać inne systemy. Zastosowania są szerokie: od szyfrowania wrażliwych danych i tożsamości cyfrowych, przez usługi losowania dla loterii i aplikacji blockchainowych, aż po systemy komunikacji odporne na ataki komputerów kwantowych.
Komentarze (0)