Sans vouloir offenser Einstein, il avait certainement tort à propos de la théorie quantique – celle-ci a non seulement perduré, mais aussi prouvé son immense valeur dans l’informatique, la biologie, l’optique, et même dans les jeux de hasard. Désormais, de façon intriguante, elle pourrait révolutionner le lancer de dés. L’aléa est essentiel pour la sécurité numérique et la répartition équitable des ressources, souligne un article récent de chercheurs de l’Université du Colorado Boulder et du NIST. Cependant, obtenir une véritable randomness est presque impossible dans le monde physique. « La véritable randomness, c’est quelque chose que rien dans l’univers ne peut prédire à l’avance », explique le physicien du NIST Krister Shalm. Cela exclut des exemples classiques comme les lancers de dés et de nombreux nombres "aléatoires" générés par ordinateur, qui sont souvent prévisibles. La physique quantique offre une solution à cela. Prenons l’expérience à double fente : une démonstration fondamentale où un faisceau de lumière crée un motif d’interférence imprévisible lorsqu’il passe à travers deux fentes. Contrairement à la mécanique classique, la localisation des particules est probabiliste, non déterministe, illustrant ainsi une véritable randomness quantique. En utilisant un test de Bell — une méthode qui élimine les explications classiques pour les corrélations de mesure —, la randomness quantique peut être certifiée. Shalm souligne que la maîtrise de ces corrélations peut produire « le meilleur générateur de nombres aléatoires que l’univers permet ». Mais comment vérifier l’authenticité de cette randomness ? La vérification est difficile car de nombreuses séquences semblent aléatoires sans l’être vraiment, et la true randomness est souvent contre-intuitive. La solution réside dans un test de Bell avancé, sans faille, mesurant les corrélations entre paires de photons dans des conditions excluant toute imitation classique. En 2018, le NIST a utilisé cette technique pour produire des nombres certifiables. Peter Bierhorst, mathématicien au NIST, la décrit comme un « dispositif anti-faille » garantissant que personne ne peut prévoir leurs résultats.

Contrairement aux lancers de pièce prévisibles, la randomness quantique engendre des corrélations statistiques propres uniquement aux systèmes quantiques. Malgré son efficacité, cette méthode est complexe, lente, et dépend de manière critique d’une seule source vulnérable à toute modification non détectée. Pour y remédier, le co-auteur Gautam Kavuri prône une méthode « vraiment paranoïaque » pour garantir la randomness — quelque chose d’à la fois robuste et si sophistiqué qu’en la usurpant, il faudrait une communication plus rapide que la lumière. Voici venir CURBy (Colorado University Randomness Beacon), un nouvel outil puissant développé par le NIST et l’Université du Colorado Boulder pour apporter la randomness quantique hors du laboratoire en tant que bien commun. CURBy génère environ 15 millions de nombres aléatoires chaque minute, produisant un immense ensemble de données envoyé pour traitement et aboutissant à 512 bits aléatoires en moins de sept minutes — l’équivalent de 2^512 (un nombre de 155 chiffres). Le NIST qualifie cela de « la meilleure pièce de monnaie que l’univers puisse offrir ». Mais produire des nombres aléatoires n’est qu’une moitié de l’affaire ; leur vérification est tout aussi cruciale. L’équipe a développé Twine, un protocole basé sur l’entrelacement de chaînes de hachage dans un graphe de hachage — une variante sophistiquée de la blockchain. Chaque nouveau bloc de données (représentant une étape dans la génération) est cryptographiquement relié aux blocs précédents, rendant toute falsification indétectable. De plus, Twine relie des hachages provenant de plusieurs chaînes indépendantes, formant un graphe dirigé acyclique. Toute modification malveillante dans une chaîne perturbe la cohérence avec les autres, rendant la falsification invisible pratiquement impossible. Ce réseau interconnecté se renforce à mesure que des parties indépendantes le rejoignent. CURBy diffuse ses nombres aléatoires via un site web public, permettant à quiconque de vérifier l’intégrité des données. Jasper Palfree, assistant de recherche, le qualifie de « tapisserie de confiance », un « réseau de randomness auquel tout le monde contribue mais que personne ne contrôle ». Une telle ouverture et cette échelle conviennent à des applications comme la sélection de jurés ou les loteries publiques, garantissant équité et transparence. La solution constitue également une fusion élégante entre utilité pratique et défi complexe de la physique quantique. Comme l’affirme Kavuri, « le NIST est un lieu où l’on a la liberté de poursuivre des projets ambitieux qui peuvent aussi vous apporter quelque chose d’utile. »