Nesišaipykite Einsteinui, bet jis tikrai klydo dėl kvantinės teorijos – ji ne tik išsilaikė, bet ir pasirodė esanti neįkainojama dirbant kompiuterijoje, biologijoje, optikoje ir net žaidimuose su atsitiktinumu. Dabar įdomu, kad ji gali pakeisti kauliukų mėtymų būdą. Atsitiktinumas yra būtinas skaitmeninėje saugumo ir sąžiningo išteklių paskirstymo sistemoje, pažymi neseniai mokslininkų iš Kolorado universiteto Būlderio ir NIST atlikta studija. Tačiau tikrojo atsitiktinumo pasiekti beveik neįmanoma fiziniame pasaulyje. „Tikras atsitiktinumas yra toks, kurio niekas nežino iš anksto, nesvarbu, kiek laiko ir pastangų dedama, “ paaiškina NIST fizikas Krister Shalm. Tai paneigia klasikinius pavyzdžius, kaip kauliukų metimas ir daugelio kompiuteriu generuojamų „atsitiktinių“ skaičių, kurie dažnai yra įmanoma nuspėti. Kvantinė fizika siūlo sprendimą. Pažiūrėkime į dviejų plyšių eksperimentą: pagrindinį pavyzdį, kuriame šviesos srautas sukuria nenuspėjamą interferencijos raštą, praeidamas per du plyšius. Skirtingai nuo klasikinės mechanikos, dalelių vietos yra tikimybės, o ne apibrėžtos, atskleidžiant tikrą kvantinį atsitiktinumą. Naudojant Bell testą – metodą, kuris atjungia klasikinius paaiškinimus ir patvirtina kvantinę priklausomybę – galima patikrinti kvantinį atsitiktinumą. Shalm teigia, kad išnaudojus šias priklausomybes galima sukurti „ geriausią pasaulio atsitiktinių skaičių generatorių. “ Bet kaip patikrinti tokio atsitiktinumo autentiškumą? Patvirtinimas yra sudėtingas, nes daugelis sekų atrodo atsitiktinės, bet nėra – tikrasis atsitiktinumas dažnai atrodo priešingai, nei tikėtasi. Sprendimas – pažangus Bell testas be spragų, kuris matuoja priklausomybes tarp fotonų porų, išskirtas nustatyti, kad jokie klasikinių paaiškinimų būdai nėra galimi. NIST 2018 metais jį panaudojo, kad sukurtų patvirtinamų atsitiktinių skaičių. NIST matematikas Peteris Bierhorstas apibūdino šį metodą kaip „nepakeičiamą apsaugą“, garantuojančią, kad niekas negali nuspėti jų skaičių.

Skirtingai nuo nuspėjamų monetų metimų, kvantinis atsitiktinumas sukuria statistines priklausomybes, būdingas būtent kvantinėms sistemoms. Nepaisant veiksmingumo, šis metodas yra sudėtingas ir lėtas, be to, priklauso nuo vieno šaltinio, kuris gali būti pažeidžiamas be pėdsakų. Tam išspręsti coautorius Gautam Kavuri siūlo „labai paranojišką“ būdą garantuoti atsitiktinumą – tokį, kurio apgaulė reikalautų greitesnės nei šviesos komunikacijos. Į šį kontekstą įdedamas CURBy (Kolorado universiteto atsitiktinumų signalas) – nauja galinga priemonė, sukurta NIST ir Kolorado universiteto Būlderio, siekiant atnešti kvantinį atsitiktinumą į viešąjį pasaulį. CURBy generuoja maždaug 15 milijonų atsitiktinių skaičių kas minutę, sudarydamas didžiulius duomenų rinkinius, kurie per mažiau nei septynias minutes sukuria 512 atsitiktinių bitų – tai atitinka 2^512 (siekiančio 155 ženklus) galimų rezultatų. NIST vadina tai „geriausiu pasaulio monetos metimu“. Tačiau tik atsitiktinių skaičių generavimas – tik pusė darbo; jų patvirtinimas yra toks pat svarbus. Komanda sukūrė Twine – protokolą, pagrįstą hash grandinių sujungimu į hash tinklą, pažangia blockchain versija. Kiekvienas naujas duomenų blokas (atstovaujantis žingsnį atsitiktinių skaičių kūrime) yra kriptografiškai susietas su ankstesniais blokais, todėl be pėdsakų klastoti beveik neįmanoma. Be to, Twine tarpusavyje sujungia hash’us iš kelių nepriklausomų grandinių, sudarydamas kryptingą ciklinį tinklą. Bet koks kenksmingas pakeitimas vienoje grandinėje sugriovėja vientisumą kitose, tad klastojimo būdu beveik neįmanoma padirbti rezultatų nematomai. Ši tinklo sistema stiprėja su kiekvienu nauju nepriklausomu naudotoju. CURBy skelbia savo atsitiktinius skaičius viešoje svetainėje, leidžiančioje bet kam patikrinti duomenų autentiškumą. Tyrėjų asistentas Jasper Palfree apibūdina tai kaip „pasitikėjimo gobeleną“, kaip „jaukų tinklą“ iš atsitiktinumų, kuriame kiekvienas prisideda, bet niekas visiškai kontroliuoja. Tokia skaidrumo ir masto koncepcija tinka tokioms taikymo sritims kaip teismo komisijų atranka ar viešosios loterijos, užtikrinančios sąžiningumą ir aiškumą. Šis sprendimas taip pat yra elegantiškas kvantinės fizikos ir praktinio naudojimo sintezės pavyzdys. Kaip sako Kavuri, „NIST yra vieta, kur gali turėti laisvę siekti ambicingų projektų, kurie taip pat duoda kuo naudingesnių rezultatų. “