Tak berniat menyinggung Einstein, tetapi dia tentu salah tentang teori kuantum—teori ini tidak hanya bertahan tetapi juga terbukti sangat berharga di bidang komputasi, biologi, optik, bahkan permainan peluang. Kini, secara menarik, teori kuantum mungkin akan merevolusi lemparan dadu. Kebetulan acak sangat penting untuk keamanan digital dan distribusi sumber daya yang adil, catat sebuah makalah terbaru dari peneliti di University of Colorado Boulder dan NIST. Namun, mencapai keacakan sejati hampir mustahil di dunia fisik. “Keacakan sejati adalah sesuatu yang tidak ada dalam alam semesta yang dapat diprediksi sebelumnya, ” jelas fisikawan NIST Krister Shalm. Hal ini mengesampingkan contoh klasik seperti lemparan dadu dan banyak angka "acak" yang dihasilkan komputer, yang sering kali dapat diprediksi. Fisika kuantum menawarkan solusi untuk hal ini. Ambil eksperimen double-slit: demonstrasi dasar di mana sebentuk cahaya menciptakan pola interferensi yang tidak dapat diprediksi saat melewati dua celah. Berbeda dengan mekanika klasik, posisi partikel bersifat probabilistik, bukan deterministik, menunjukkan keacakan kuantum yang sejati. Menggunakan tes Bell—metode yang menyaring penjelasan klasik terhadap korelasi pengukuran—keacakan kuantum dapat disahkan. Shalm mencatat bahwa memanfaatkan korelasi ini dapat menghasilkan “penghasil angka acak terbaik yang diizinkan oleh alam semesta. ” Tetapi bagaimana memastikan keaslian dari keacakan tersebut? Verifikasi sangat sulit karena banyak urutan tampak acak tetapi sebenarnya tidak, dan keacakan sejati sering kali bertentangan dengan intuisi. Solusinya adalah tes Bell tanpa celah lanjutan yang mengukur korelasi antara pasangan foton dalam kondisi yang mengeliminasi kemungkinan imitasi klasik. NIST menerapkan teknik ini pada 2018 untuk menghasilkan angka acak yang dapat disahkan. Peter Bierhorst, matematikawan dari NIST, menggambarkannya sebagai “garansi keselamatan” yang memastikan tidak ada yang bisa memprediksi angka mereka.

Berbeda dari lemparan koin yang dapat diprediksi, keacakan kuantum menghasilkan korelasi statistik yang unik bagi sistem kuantum. Meski efektif, pendekatan ini rumit dan lambat, serta sangat bergantung pada satu sumber tunggal yang rentan terhadap gangguan tanpa terdeteksi. Untuk mengatasi hal ini, penulis bersama Gautam Kavuri mengusulkan “cara yang sangat paranoid” untuk menjamin keacakan—sesuatu yang begitu kokoh sehingga penipuan memerlukankomunikasi lebih cepat dari cahaya. Masuklah CURBy (Colorado University Randomness Beacon), sebuah alat baru yang kuat dikembangkan oleh NIST dan University of Colorado Boulder untuk membawa keacakan kuantum keluar dari laboratorium sebagai barang publik. CURBy menghasilkan angka acak sekitar 15 juta kali setiap menit, menghasilkan kumpulan data besar yang dikirim untuk diproses dan menghasilkan 512 bit acak dalam kurun waktu kurang dari tujuh menit—setara dengan 2^512 (angka 155 digit) kemungkinan hasil. NIST menyebut ini “lemparan koin terbaik di alam semesta. ” Namun, menghasilkan angka acak hanyalah separuh cerita; memverifikasinya sama pentingnya. Tim mengembangkan Twine, sebuah protokol berbasis rantai hash yang saling terkait ke dalam sebuah grafik hash—varian blockchain yang canggih. Setiap blok data baru (yang mewakili langkah dalam pembuatan angka acak) dikaitkan secara kriptografi dengan blok sebelumnya, membuat manipulasi yang tidak terdeteksi sangat sulit. Selain itu, Twine menghubungkan hash dari beberapa rantai independen, membentuk graf yang tidak berarah dan tidak berputar balik. Segala perubahan jahat di satu rantai akan mengganggu konsistensi di rantai lainnya, sehingga menipu tanpa terdeteksi hampir mustahil. Jaringan yang saling terhubung ini semakin kuat seiring bertambahnya peserta independen. CURBy menyebarkan angka acaknya melalui situs web publik, memungkinkan siapa saja untuk memverifikasi integritas data. Jasper Palfree, asisten penelitian, menggambarkannya sebagai “permadani kepercayaan, ” sebuah “jaringan keacakan yang disumbangkan oleh semua orang tapi dikontrol oleh tidak satu pun pihak. ” Keterbukaan dan skala seperti ini cocok untuk aplikasi seperti seleksi juri atau lotere publik, menjamin keadilan dan transparansi. Solusi ini juga merupakan perpaduan yang elegan antara kegunaan praktis dan tantangan fisika kuantum yang kompleks. Sebagaimana Kavuri menegaskan, “NIST adalah tempat di mana Anda memiliki kebebasan untuk mengejar proyek yang ambisius tetapi juga akan memberi manfaat nyata. ”