Ingen fornærmelse mod Einstein, men han tog bestemt fejl om kvanteteori—den har ikke blot bestået, men også vist sig uvurderlig inden for computing, biologi, optik og endda spil om chance. Interessant nok kan den nu revolutionere terningkast. Tilfældighed er afgørende for digital sikkerhed og retfærdig fordeling af ressourcer, bemærker et nyere studie fra forskere ved University of Colorado Boulder og NIST. Men at opnå ægte tilfældighed er næsten umuligt i den fysiske verden. “Sand tilfældighed er noget, som intet i universet kan forudsige på forhånd, ” forklarer NIST-fysiker Krister Shalm. Dette udelukker klassiske eksempler som terningekast og mange computergenererede "tilfældige" tal, som ofte er forudsigelige. Quantumfysik tilbyder en løsning. Tag dobbelt-spalteeksperimentet: en grundlæggende demonstration, hvor en lysstråle skaber et uforudsigeligt interferensmønster, når den passerer gennem to spalter. I modsætning til klassisk mekanik er partikellokationerne probabilistiske, ikke deterministiske, hvilket viser ægte kvante-tilfældighed. Ved brug af en Bell-test—en metode, der filtrerer klassiske forklaringer ud for målingskorrelationer—kan kvante-tilfældighed bekræftes. Shalm bemærker, at udnyttelsen af disse korrelationer kan skabe “den bedste tilfældighedsgenerator, universet tillader. ” Men hvordan kan man bekræfte, at sådan tilfældighed er ægte? Verifikation er vanskelig, da mange sekvenser virker tilfældige, men ikke er det, og ægte tilfældighed er ofte kontraintuitiv. Løsningen ligger i en avanceret, loophole-fri Bell-test, der måler korrelationer mellem par af fotoner under betingelser, der udelukker klassisk efterligning. NIST benyttede denne teknik i 2018 til at generere bekræftelige tilfældige tal. Peter Bierhorst, en NIST-matematiker, beskrev det som en “fail-safe”, der sikrer, at ingen kan forudsige tallene. I modsætning til forudsigelige møntkast producerer kvante-tilfældighed statistiske korrelationer, der er unikke for kvantesystemer. Selvom denne metode er effektiv, er den kompleks og langsom, og afhænger kritisk af en enkelt kilde, hvilket kan være sårbart over for manipulation uden at opdages.

For at imødegå dette foreslår medforfatter Gautam Kavuri “en virkelig paranoid måde” at garantere tilfældighed på—noget så robust, at spøgelse af det ville kræve hurtigere end lysets kommunikation. Her kommer CURBy (Colorado University Randomness Beacon), et kraftfuldt nyt værktøj udviklet af NIST og University of Colorado Boulder, designet til at bringe kvante-tilfældighed ud af laboratoriet som en offentlig gavn. CURBy genererer tilfældige tal ca. 15 millioner gange hver minut, hvilket skaber et enormt datasæt, der sendes til behandling og giver 512 tilfældige bits efter under syv minutter—svarende til 2^512 (et 155-cifret tal) mulige udfald. NIST kalder dette “universets bedste møntkast. ” Men at generere tilfældige tal er kun halvdelen af historien; at verificere dem er lige så vigtigt. Teamet har udviklet Twine, en protokol baseret på indvævede hash-kæder i et hash-graf—en avanceret blockchain-variant. Hver nye datablok (som repræsenterer et skridt i genereringen af tilfældige tal) er kryptografisk koblet til tidligere blokkke, hvilket gør manipulation svært at opdage. Desuden krydslinker Twine hashes fra flere uafhængige kæder, der danner en rettet acyklisk graf. Enhver manipulerende ændring i én kæde forstyrrer konsistensen i de andre, hvilket gør uopdaget forgiftning næsten umuligt. Dette netværk bliver stærkere, jo flere uafhængige partier, der tilslutter sig. CURBy sender sine tilfældige tal ud via en offentlig hjemmeside, så alle kan verificere dataens integritet. Jasper Palfree, forskningsassistent, beskriver det som “et vævet tæppe af tillid, ” et “netværk af tilfældighed, som alle bidrager til, men ingen enkelte kontrol har. ” Sådan åbenhed og skala egner sig til applikationer som juryudvælgelse eller offentlige lotterier, hvilket sikrer retfærdighed og gennemsigtighed. Løsningen repræsenterer også en elegant sammensmeltning af praktisk formål med en kompleks udfordring inden for kvantefysik. Som Kavuri fastslår: “NIST er et sted, hvor du har friheden til at forfølge ambitiøse projekter, der også kan give dig noget nyttigt. ”