Ei sillä, että Einstein olisi loukannut, mutta hän oli ehdottomasti väärässä kvanttimekaniikan suhteen – se ei ainoastaan kestänyt ajan hammasta, vaan on myös osoittautunut korvaamattomaksi tietokannoissa, biologiassa, optiikassa ja jopa uhkapelissä. Nyt se voi kiehtovasti mullistaa myös heittokiekkojen tulokset. Satunnaisuus on oleellista digitaalisen turvallisuuden ja oikeudenmukaisen resurssienjaon kannalta, toteaa tuore tutkimus Colorado Boulderin yliopistosta ja NISTistä. Kuitenkin todellisen satunnaisuuden saavuttaminen fyysisessä maailmassa on lähes mahdotonta. “Aito satunnaisuus on jotain, mitä mikään universumissa ei voi ennustaa etukäteen, ” selittää NIST:n fysisti Krister Shalm. Tämä sulkee pois klassiset esimerkit, kuten nopanheitot ja monet tietokoneen generoimat “satunnaist arvot, ” jotka ovat usein ennustettavissa. Kvanttifysiikka tarjoaa ratkaisun tähän. Otetaan esimerkiksi kaksoisreikäkoe: perustavanlaatuinen demonstraatio, jossa valonsäde luo arvaamattoman interferenssikuvion, kun se kulkee kahden reiän läpi. Toisin kuin klassisessa mekaniikassa, partikkelien sijainnit ovat todennäköisyyksiä, eivät determinantteja, mikä osoittaa todellisen kvanttisatunnaisuuden. Bellin testillä – menetelmällä, joka suodattaa pois klassiset selitykset mittauskorrelaatioille – kvanttisatunnaisuus voidaan varmistaa. Shalm huomauttaa, että näitä korrelaatioita hyödyntämällä voidaan tuottaa “parhaat mahdolliset satunnaisluvugeneraattorit, joita universumi sallii. ” Mutta kuinka voi todentaa tällaisen satunnaisuuden aitouden? Todentaminen on haastavaa, koska monet sarjat vaikuttavat satunnaisilta, vaikka eivät todellisuudessa ole, ja todellinen satunnaisuus on usein intuitiivisesti vastoin odotuksia. Ratkaisu piilee kehittyneessä, väärinymmärryksistä vapauttavassa Bell-testissä, joka mittaa korrelaatioita photonparien välillä olosuhteissa, jotka estävät klassista jäljittelyä. NIST hyödynsi tätä tekniikkaa vuonna 2018 tuottaakseen todistettavasti satunnaisia numeroita. NIST:n matemaatikko Peter Bierhorst kuvailee sitä “vaarallisen varman” menetelmänä, joka varmistaa, että kukaan ei voi ennustaa heidän numeroitaan. Toisin kuin ennustettavat kolikonheitot, kvanttisatunnaisuus tuottaa tilastollisia korrelaatioita, jotka ovat ainutlaatuisia kvanttijärjestelmille. Vaikka tämä menetelmä on tehokas, se on myös monimutkainen ja hidas ja riippuu yhdestä lähteestä, joka on altis mahdolliselle manipulaatiolle ilman, että sitä havaitaan.

Tämän vastakohdaksi yhteiskirjoittaja Gautam Kavuri ehdottaa “todella paranoidia” tapaa varmistaa satunnaisuus – jotain niin kestävää, että väärennys vaatisi viestintää nopeampaa kuin valo. Tulevassa CURBy:ssa (Colorado University Randomness Beacon) on kyseessä tehokas uusi työkalu, jonka NIST ja Colorado Boulder ovat kehittäneet tuomaan kvanttisen satunnaisuuden julkiseksi hyödynnnettäviksi labran ulkopuolella. CURBy generoi satunnaislukuja noin 15 miljoonaa kertaa minuutissa, luoden massiivisen tietomassan, jota käsitellään ja josta saadaan alle seitsemän minuutin aikana 512 satunnaislukua – mikä vastaa mahdollisia tuloksia 2^512:ssä (noin 155 numeron pitkä luku). NIST kutsuu tätä “universumin parhaaksi kolikonheitoksi. ” Mutta pelkkä satunnaislukujen tuottaminen ei riitä; niiden todentaminen on yhtä tärkeää. Joukkue kehitti Twinen-nimisen protokollan, joka perustuu hash-ketjujen yhdistämiseen hash-verkossa – kehittyneeseen lohkoketjuversioon. Uusi data (esim. askel satunnaisluvussa) kryptografisesti linkitetään aiempiin, mikä tekee manipuloinnin erittäin vaikeaksi ilman, että sitä havaitaan. Lisäksi Twine linkittää useiden itsenäisten ketjujen hasheja, muodostamalla ohjatun aikas- ja suunnattoman verkon. Monen ketjun välinen epäsäännönmukaisuus tekee väärinkäytön lähes mahdottomaksi, sillä muutos yhdessä ketjussa häiritsee kokonaisuuden ristiriidattomuutta. Tämä verkosto vahvistuu, kun siihen liittyy lisää itsenäisiä osapuolia. CURBy julkaisee satunnaisnumeronsa julkisella verkkosivulla, jonka kautta kuka tahansa voi todentaa tietojen eheyden. Tutkija Jasper Palfree kuvailee sitä “luottamuksen kudelmaksi, ” “verkostoksi satunnaisuutta, johon kaikki osallistuvat, mutta jota kukaan ei kontrolloi. ” Tällainen avoimuus ja laajuus sopivat hyvin esimerkiksi oikeusneuvottelujen tai yleisten arpajaisten järjestämiseen, varmistaen oikeudenmukaisuuden ja läpinäkyvyyden. Ratkaisu on samalla tyylikäs yhdistelmä käytännön hyötyä ja vaativaa kvanttifysiikan haastetta. Kavurin mukaan “NIST on paikka, jossa sinulla on vapaus tavoitella kunnianhimoisia projekteja, jotka myös tuottavat jotain hyödyllistä. ”