Matematycy opracowali właśnie maszynę „kwantowej losowości” i twierdzą, że nikt nie odgadnie generowanych przez nią liczb.

Kwantowy generator liczb losowych z NIST

National Institute of Standards stworzył narzędzie, które ma służyć do generowania „najbardziej nieprzewidywalnych liczb w historii”, jak z właściwą dla siebie emfazą oznajmili Amerykanie. Naukowcy są pewni, że nikt nie przewidzi jaka kolejna liczba losowa zostanie wygenerowana przez ich wynalazek.

Badacze opracowali metodę, która wykorzystuje laser do generowania liczb. Za ich absolutnie 100%-ową losowość ma odpowiadać mechanika kwantowa.

Generowanie liczb losowych jest niezwykle przydatne w wielu zastosowaniach, przede wszystkim jednak umożliwia szyfrowanie danych w sieciach elektronicznych. Praktycznie wszystkie platformy komunikacyjne są dziś szyfrowane w celu ochrony prywatności użytkowników.

Jednak liczby generowane przy użyciu konwencjonalnych systemów nigdy nie są naprawdę losowe. Według dr Peter Bierhorsta, jednego z matematyków z National Institute of Standards and Technology, trudno jest zagwarantować, że dane, klasyczne źródło liczb losowych jest naprawdę nieprzewidywalne. Stwierdził, że „nasze kwantowe źródło i protokół są niezawodne. Jesteśmy pewni, że nikt nie jest w stanie przewidzieć naszych liczb”.

Pseudolosowość

Konwencjonalne liczby losowe są generowane za pomocą oprogramowania i urządzeń, które mają wady, których do tej pory nie udało się usunąć. Wskutek ich stosowania powstaje wynik, który nie może być naprawdę nieprzewidywalny. Maszyny generujące „nieprzewidywalne” liczby robią to bowiem za pomocą algorytmu.

Chociaż ta metoda może być na tyle losowa, aby sprawiać wrażenie losowości, ostatecznie zawsze będzie więc ona zarządzana przez starannie zdefiniowane i spójne algorytmy, które można przewidzieć. Przydatnymi analogiami są tu przykłady rzucania monetą lub kośćmi. Chociaż oba wydają się być losowe, to jednak efekty rzutu można przewidzieć, gdyby dostępne były wystarczające informacje, takie jak pozycja startowa monety lub kości, gęstość powietrza, materiał powierzchni stołu, siła i kierunek rzutu itd. Dlatego też rzut monetą jedynie może wydawać się przypadkowy, bo taki jest dla przeciętnego obserwatora (gracza w grę). Wynik rzutu można jednak przewidzieć w odpowiednio zaawansowanej analizie.

Losowość kwantowa

Na tym tle losowość kwantowa jest prawdziwą losowością. Mechanika kwantowa lepiej generuje przypadkowość, ponieważ pomiary cząstek kwantowych w „superpozycji” dają wyniki, które są zasadniczo nieprzewidywalne. Naukowcy wykorzystali fotony (cząsteczki światła) z lasera, aby wygenerować losowe liczby w procesie znanym jako „test dzwonka”.

Metoda ta wykorzystuje intensywny laser kierowany w specjalny kryształ, który przekształca światło w pary splątanych fotonów - zjawisko kwantowe. Pomiar tych fotonów dostarcza badaczom liczb prawdziwie losowych.

Naukowcy wykonali swój „test dzwonka” ponad 55 milionów razy, za każdym razem produkując dwa bity cyfrowe (1 i 0).

Po raz pierwszy w historii wydaje się, że udało się wyeliminować wszystkie czynniki i wady dotychczasowych rozwiązań, które pozwalałyby pozornie nielosowym liczbom wydawać się losowe. I to mimo wielu wcześniejszych prób, gdzie także próbowano wykryć wahania w liczbie emitowanych fotonów (a więc w natężeniu światła). Zaletą jest także stosunkowo nie duży koszt urządzenia.

Wyniki tej pracy zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.