Sin ofender a Einstein, pero sin duda estuvo equivocado respecto a la teoría cuántica: no solo ha perdurado, sino que también ha demostrado ser invaluable en campos como la informática, biología, óptica e incluso en juegos de azar. Ahora, de manera intrigante, podría revolucionar los lanzamientos de dados. La aleatoriedad es esencial para la seguridad digital y la distribución justa de recursos, señala un artículo reciente de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder y NIST. Sin embargo, lograr una verdadera aleatoriedad es casi imposible en el mundo físico. “La verdadera aleatoriedad es algo que nada en el universo puede predecir con anticipación, ” explica Krister Shalm, físico de NIST. Esto descarta ejemplos clásicos como las tiradas de dados y muchos números "aleatorios" generados por computadora, que a menudo son predecibles. La física cuántica ofrece una forma de sortear esto. Toma el experimento de la doble rendija: una demostración fundamental en la que un haz de luz crea un patrón de interferencia unpredictable al pasar por dos rendijas. A diferencia de la mecánica clásica, las ubicaciones de las partículas son probabilísticas, no deterministas, mostrando verdadera aleatoriedad cuántica. Utilizando una prueba de Bell —un método que filtra explicaciones clásicas para las correlaciones en las mediciones— se puede certificar esta aleatoriedad cuántica. Shalm señala que aprovechar estas correlaciones puede producir “el mejor generador de números aleatorios que el universo permite. ” Pero, ¿cómo se puede verificar la autenticidad de dicha aleatoriedad? La verificación es difícil, ya que muchas secuencias parecen aleatorias pero no lo son, y la verdadera aleatoriedad a menudo resulta contra intuitiva. La solución radica en una prueba avanzada de Bell sin trampas, que mide correlaciones entre pares de fotones en condiciones que excluyen imitaciones clásicas. NIST utilizó esta técnica en 2018 para producir números aleatorios certificables. Peter Bierhorst, matemático de NIST, lo describió como un “sistema a prueba de fallos” que garantiza que nadie pueda predecir sus números.

A diferencia de un lanzamiento de moneda predecible, la aleatoriedad cuántica produce correlaciones estadísticas únicas de los sistemas cuánticos. A pesar de su efectividad, este método es complejo y lento, y depende críticamente de una sola fuente, vulnerable a posibles manipulaciones sin detección. Para contrarrestar esto, el coautor Gautam Kavuri propone una “forma muy paranoica” de garantizar la aleatoriedad—algo tan robusto que suplantarla requeriría comunicación más rápida que la luz. Llega entonces CURBy (Rayo de Aleatoriedad de la Universidad de Colorado), una herramienta poderosa desarrollada por NIST y la Universidad de Colorado Boulder para llevar la aleatoriedad cuántica fuera del laboratorio como un beneficio público. CURBy genera números aleatorios aproximadamente 15 millones de veces cada minuto, produciendo un enorme conjunto de datos que se procesa y da como resultado 512 bits aleatorios en menos de siete minutos—equivalente a 2^512 (un número de 155 dígitos) resultados posibles. NIST lo llama “el mejor lanzamiento de moneda del universo. ” Pero producir números aleatorios es solo la mitad del proceso; verificarlos es igual de importante. El equipo desarrolló Twine, un protocolo basado en entrelazar cadenas de hash en un gráfico de hash —una variante sofisticada de la cadena de bloques. Cada nuevo bloque de datos (que representa un paso en la generación de números aleatorios) está criptográficamente vinculado a los bloques anteriores, dificultando mucho la manipulación sin detección. Además, Twine conecta cruzadamente hashes de varias cadenas independientes, formando un grafo dirigido acíclico. Cualquier alteración maliciosa en una cadena rompe la consistencia en las demás, haciendo casi imposible la suplantación sin ser detectada. Esta red interconectada se fortalece a medida que participan más partes independientes. CURBy transmite sus números aleatorios a través de un sitio web público, permitiendo que cualquiera pueda verificar la integridad de los datos. Jasper Palfree, asistente de investigación, lo describe como “un tapiz de confianza, ” una “red de aleatoriedad en la que todos contribuyen pero nadie controla. ” Esa apertura y escala son ideales para aplicaciones como la selección de jurados o loterías públicas, garantizando justicia y transparencia. La solución también representa una elegante fusión entre utilidad práctica y un reto complejo de la física cuántica. Como afirma Kavuri, “NIST es un lugar donde tienes la libertad de seguir proyectos que son ambiciosos pero también te dejan algo útil. ”