Испокон веков жребий, игральные кости или подброшенная монета помогали людям принимать решения беспристрастно. Современная криптография также полагается на генераторы случайных чисел для создания секретных ключей безопасности.
В поисках истинного хаоса
Однако многие так называемые "случайные" числа на самом деле таковыми не являются. Обычные генераторы могут просто обрабатывать данные о времени или другие заранее заданные параметры. Любой алгоритм, их создающий, потенциально может быть изучен и даже предсказан. Энтузиасты используют даже фоновые космические шумы, но нахождение и применение по-настоящему непредсказуемых, ни от чего не зависящих событий — сложная задача.
Классические алгоритмы дают лишь псевдослучайность. Знающий их принципы человек может манипулировать результатом или предугадывать следующую цифру, подобно тому, как опытный трюкач способен подбросить монету с предсказуемым итогом.
Квантовая механика: источник подлинной неопределенности
В отличие от традиционных подходов, мир квантов обеспечивает фундаментальную природную случайность! Ученые освоили ее, применив квантовые явления и тест Белла, чтобы создать новый инструмент — верифицируемый сервис генерации случайных чисел.
Тест Белла раскрывает загадку спутанных частиц. Даже разделенные огромными расстояниями, такие частицы (например, фотоны) демонстрируют связанность своих свойств, сильнее любой классической корреляции. Измерение одной частицы дает случайный результат, но сравнение с партнером подтверждает саму природу этой квантовой неопределенности.
Как рождается квантовая случайность
Магия начинается в нелинейном кристалле, генерирующем пары спутанных фотонов. По оптическим волокнам фотоны прибывают в разные, изолированные лаборатории. Здесь в каждой лаборатории фиксируют поляризацию каждого фотона — акт чистого беспричинного выбора природы. Это "квантовое подбрасывание монеты" происходит ошеломляющие 250 000 раз в секунду!
NIST передает миллионы таких результатов уникальной программе Университета Колорадо в Боулдере. Там умные алгоритмы преобразуют измерения в стройные последовательности из 512 абсолютно случайных битов (нулей и единиц).
Прозрачность и проверка на каждом шагу
Ключевая инновация — полная наблюдаемость всех этапов. Исследователи создали протокол «Twine». Эта инновационная технология, совместимая с блокчейном и квантовыми принципами, предлагает открытую платформу. Она позволяет множеству организаций совместно участвовать в создании квантовой случайности и независимо проверять честность каждой операции, основываясь на тесте Белла.
CURBy: Случайность как общественная услуга
Плод сотрудничества NIST и Университета Колорадо в Боулдере носит имя «Квантовый маяк случайности Университета Колорадо» (CURBy). Это устройство непрерывно производит фонтан истинно случайных чисел. Вспомогательная система делает эти данные доступными каждому, ежедневно публикуя их на специальном ресурсе для неограниченного свободного доступа.
Источник: naked-science.ru
