Χωρίς να θίξω τον Αϊνστάιν, ήταν σίγουρα λάθος σχετικά με τη κβαντική θεωρία — αυτή όχι μόνο επιβίωσε αλλά και αποδείχθηκε ανεκτίμητη σε τομείς όπως η πληροφορική, η βιολογία, η οπτική και ακόμη και τα παιχνίδια τύχης. Τώρα, συναρπαστικά, μπορεί να επαναστατήσει και τις ρίψεις ζαριών. Η τυχαιότητα είναι απαραίτητη για την ψηφιακή ασφάλεια και τη δίκαιη κατανομή πόρων, σημειώνει μια πρόσφατη μελέτη ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Μπόλντερ και το NIST. Ωστόσο, η επίτευξη πραγματικής τυχαιότητας είναι σχεδόν αδύνατη στον φυσικό κόσμο. «Η αληθινή τυχαιότητα είναι κάτι που τίποτα στο σύμπαν δεν μπορεί να προβλέψει εκ των προτέρων», εξηγεί ο φυσικός του NIST, Κριστερ Σαλμ. Αυτό αποκλείει κλασικά παραδείγματα όπως οι ρίψεις ζαριών και πολλούς αριθμούς “τυχαιότητας” που παράγονται από υπολογιστές, οι οποίοι συχνά είναι προβλέψιμοι. Η κβαντική φυσική προσφέρει έναν τρόπο γύρω από αυτό. Πάρτε το πείραμα με τη διπλή σχισμή: μια θεμελιώδης απόδειξη όπου μια δέσμη φωτός δημιουργεί ένα απρόβλεπτο μοτίβο παρεμβολής όταν περνάει μέσα από δύο σχισμές. Σε αντίθεση με την κλασική μηχανική, οι τοποθεσίες των σωματιδίων είναι πιθανότητες, όχι προκαθορισμένες, επιδεικνύοντας την αληθινή κβαντική τυχαιότητα. Χρησιμοποιώντας μια δοκιμή Μπελ — μια μέθοδο που απορρίπτει κλασικές εξηγήσεις για τις συσχετίσεις μετρήσεων — μπορεί να πιστοποιηθεί η κβαντική τυχαιότητα. Ο Σαλμ σημειώνει ότι η αξιοποίηση αυτών των συσχετίσεων μπορεί να παράγει «τον καλύτερο γεννήτορα τυχαίων αριθμών που επιτρέπει το σύμπαν». Αλλά πώς μπορεί κανείς να επαληθεύσει την αυθεντικότητα αυτής της τυχαιότητας; Η επαλήθευση είναι δύσκολη, καθώς πολλές ακολουθίες φαίνονται τυχαίες αλλά δεν είναι, και η αληθινή τυχαιότητα είναι συχνά αντιφατική με το ένστικτο. Η λύση βρίσκεται σε μια προηγμένη δοκιμή Μπελ χωρίς λωβά, η οποία μετρά τις συσχετίσεις μεταξύ ζευγών φωτονίων υπό συνθήκες που αποκλείουν την κλασική παραποίηση. Το NIST χρησιμοποίησε αυτήν την τεχνική το 2018 για την παραγωγή πιστοποιημένων τυχαίων αριθμών. Ο Πίτερ Μπίερχορστ, μαθηματικός του NIST, την περιέγραψε ως «αξιόπιστο σύστημα ασφαλείας» που διασφαλίζει ότι κανείς δεν μπορεί να προβλέψει τους αριθμούς τους.

Σε αντίθεση με τις προβλέψιμες ρίψεις νομισμάτων, η κβαντική τυχαιότητα δημιουργεί στατιστικές συσχετίσεις μοναδικές σε συστήματα κβαντικά. Παρόλο που είναι αποτελεσματική, αυτή η προσέγγιση είναι περίπλοκη και αργή, και βασίζεται σε μια μόνο πηγή, ευάλωτη σε πιθανές παραβιάσεις χωρίς ανίχνευση. Για να το διαχειριστούν, ο συν-συγγραφέας Γκάουταμ Κάβουρι προτείνει «μια πολύ παρανοϊκή μέθοδο» για την εγγύηση της τυχαιότητας — κάτι τόσο ανθεκτικό που η παραποίηση θα απαιτούσε επικοινωνία ταχύτερη από το φως. Εδώ έρχεται το CURBy (Colorado University Randomness Beacon), ένα ισχυρό νέο εργαλείο που αναπτύχθηκε από το NIST και το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Μπόλντερ ώστε να φέρει την κβαντική τυχαιότητα έξω από το εργαστήριο ως δημόσιο αγαθό. Το CURBy παράγει τυχαίους αριθμούς περίπου 15 εκατομμύρια φορές κάθε λεπτό, δημιουργώντας μια τεράστια βάση δεδομένων που αποστέλλεται για επεξεργασία και παράγει 512 τυχα bits σε λιγότερα από επτά λεπτά — ισοδυναμεί με 2^512 (έναν αριθμό 155 ψηφίων) πιθανά αποτελέσματα. Το NIST το χαρακτηρίζει «το καλύτερο ρίξιμο νομίσματος που επιτρέπει το σύμπαν». Ωστόσο, η παραγωγή τυχαίων αριθμών είναι μόνο η μισή ιστορία· η επαλήθευσή τους είναι εξίσου σημαντική. Η ομάδα ανέπτυξε το Twine, μια πρωτοποριακή πρωτόκολλο βασισμένο στη διασταύρωση δεσμών κατακερματισμού σε ένα διαγράμμα κατακερματισμού, ένα προηγμένο είδος blockchain. Κάθε νέο μπλοκ δεδομένων (που αποτελεί βήμα στη δημιουργία τυχαίων αριθμών) συνδέεται κρυπτογραφικά με προηγούμενα, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολη την αδιάκριτη παραποίηση. Επιπλέον, το Twine διασταυρώνει τους δεσμούς από πολλαπλές ανεξάρτητες αλυσίδες, σχηματίζοντας έναν κατευθυνόμενο αδόμητο γράφο. Κάθε εσκεμμένη αλλοίωση σε μια αλυσίδα διαταράσσεται από την συνοχή των άλλων, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την απατηλή παραποίηση χωρίς ανίχνευση. Αυτό το δικτυωμένο σύστημα γίνεται πιο δυνατό όσο περισσότερες ανεξάρτητες πλευρές συμμετέχουν. Το CURBy δημοσιεύει τους τυχαίους αριθμούς μέσω μιας δημόσιας ιστοσελίδας, επιτρέποντας σε όποιον να επαληθεύσει την ακεραιότητα των δεδομένων. Ο Τζάσπερ Πάλφρυ, βοηθός ερευνητής, τον περιγράφει ως «ένα υφαντό εμπιστοσύνης», ένα «δίκτυο τυχαιότητας που όλοι συμβάλλουν αλλά κανένας δεν ελέγχει». Τετοια διαφάνεια και κλίμακα ταιριάζουν σε εφαρμογές όπως η επιλογή ενόρκων ή δημόσια λοταρία, εξασφαλίζοντας δικαιοσύνη και διαφάνεια. Η λύση αποτελεί μια κομψή ένωση πρακτικής χρησιμότητας με μια πολύπλοκη πρόκληση της κβαντικής φυσικής. Όπως διαβεβαιώνει ο Κάβουρι, «το NIST είναι ένας χώρος όπου έχεις την ελευθερία να ακολουθήσεις φιλόδοξα έργα που θα σου δώσουν και κάτι χρήσιμο».