Nessun offeso a Einstein, ma certamente sbagliava riguardo alla teoria quantistica — che non solo è sopravvissuta, ma si è anche rivelata inestimabile nei campi dell’informatica, biologia, ottica e persino nei giochi d’azzardo. Ora, in modo sorprendente, potrebbe rivoluzionare anche i tiri di dadi. La casualità è fondamentale per la sicurezza digitale e una distribuzione equa delle risorse, osserva un recente studio di ricercatori dell’Università del Colorado Boulder e del NIST. Tuttavia, ottenere una vera casualità è quasi impossibile nel mondo fisico. “La vera casualità è qualcosa che nulla nell’universo può prevedere in anticipo”, spiega il fisico del NIST Krister Shalm. Questo esclude esempi classici come i tiri di dadi e molti numeri "casuali" generati al computer, che sono spesso prevedibili. La fisica quantistica offre una soluzione a questo problema. Prendiamo l’esperimento delle doppie fessure: una dimostrazione fondamentale in cui un raggio di luce crea un motivo di interferenza imprevedibile quando passa attraverso due fessure. A differenza della meccanica classica, le posizioni delle particelle sono probabilistiche, non deterministiche, dimostrando una vera casualità quantistica. Usando un test di Bell — un metodo che filtra le spiegazioni classiche per le correlazioni nelle misurazioni — si può certificare la casualità quantistica. Shalm sottolinea che sfruttare queste correlazioni può produrre “il miglior generatore di numeri casuali consentito dall’universo”. Ma come si può verificare l’autenticità di questa casualità? La verifica è difficile, perché molte sequenze sembrano casuali ma non lo sono, e la vera casualità è spesso controintuitiva. La soluzione risiede in un avanzato test di Bell senza scappatoie, che misura le correlazioni tra coppie di fotoni in condizioni che escludono imitazioni classiche. Nel 2018, il NIST ha utilizzato questa tecnica per produrre numeri casuali certificabili. Peter Bierhorst, matematico del NIST, la ha definita “una soluzione affidabile” che garantisce che nessuno possa predire i propri numeri.

A differenza di un lancio di moneta prevedibile, la casualità quantistica produce correlazioni statistiche uniche dei sistemi quantistici. Nonostante la sua efficacia, questo metodo è complicato e lento, e dipende in modo critico da una singola sorgente, vulnerabile a possibili manipolazioni senza che ne sia rilevato. Per ovviare a questo problema, il coautore Gautam Kavuri propone “un modo davvero paranoico” per garantire la casualità — qualcosa di così robusto che falsificarlo richiederebbe comunicazioni faster-than-light. Ecco allora CURBy (Colorado University Randomness Beacon), uno strumento potente sviluppato dal NIST e dall’Università del Colorado Boulder, progettato per portare la casualità quantistica fuori dal laboratorio come bene pubblico. CURBy genera numeri casuali circa 15 milioni di volte al minuto, producendo un enorme insieme di dati inviato per l’elaborazione e ottenendo 512 bit casuali in meno di sette minuti — equivalenti a 2^512 (un numero di 155 cifre) di possibili risultati. Il NIST lo definisce “la miglior monetina del universo”. Tuttavia, la produzione di numeri casuali è solo la metà della storia; verificarli è altrettanto cruciale. Il team ha sviluppato Twine, un protocollo basato sull’intreccio di catene hash in un grafo hash — una versione sofisticata di blockchain. Ogni nuovo blocco di dati (che rappresenta un passaggio nella generazione dei numeri casuali) è collegato crittograficamente ai blocchi precedenti, rendendo estremamente difficile manomettere senza essere scoperti. Inoltre, Twine collega incrociando gli hash di più catene indipendenti, formando un grafo aciclico diretto. Qualsiasi alterazione fraudolenta in una catena interrompe la coerenza con le altre, rendendo quasi impossibile falsificare senza essere scoperti. Questa rete interconnessa si rafforza con l’ingresso di più parti indipendenti. CURBy trasmette i suoi numeri casuali attraverso un sito pubblico, permettendo a chiunque di verificarne l’integrità. Jasper Palfree, ricercatore assistente, la descrive come “un arazzo di fiducia”, un “rete di casualità a cui tutti contribuiscono ma che nessuno controlla”. Tale trasparenza e scala sono ideali per applicazioni come la selezione della giuria o i lotterie pubbliche, garantendo correttezza e trasparenza. La soluzione rappresenta anche un’elegante fusione tra utilità pratica e una complessa sfida della fisica quantistica. Come afferma Kavuri, “il NIST è un luogo dove si ha la libertà di inseguire progetti ambiziosi, ma anche di ottenere qualcosa di utile”.