Nebūt neņemot pār viņu, Einstein, viņš noteikti kļūdījās par kvantu teoriju—tā ne tikai ir izdzīvojusi, bet arī kļuvusi nenovērtējami vērtīga informācijas tehnoloģijā, bioloģijā, optikā un pat veidos, kādi tiek izmantoti azartspēlēs. Interesanti, ka tagad tā varētu revolucionizēt kauliņu mešanu. Neviļība ir būtiska digitālajā drošībā un taisnīgā resursu sadalē, norāda jaunā pētījumā, ko veikuši Kolorādo universitātes Boulder un NIST pētnieki. Taču patiesas nejaušības nodrošināšana ir gandrīz neiespējama fiziskajā pasaulē. “Patiesu nejaušību ir tas, ko nekas visumā nevar paredzēt iepriekš, ” skaidro NIST fiziķis Kristers Shalms. Tas izslēdz klasiskas piemērus, kā, piemēram, kauliņu mešanu un daudzus datoru ģenerētus “nejaušus” skaitļus, kuri bieži ir paredzami. Kvantfizika piedāvā risinājumu tam. Ņemsim dubultsliguma eksperimentu: pamata demonstrāciju, kur ar gaismas staru, kas iziet cauri diviem spraugām, veidojas neparedzama interferences aina. Atšķirībā no klasiskās mehānikas, daļiņu atrašanās vietas ir probabilistiskas, nevis deterministiskas, kas parāda patiesu kvantu nejaušību. Izmantojot Bell testu—metodi, kas atbrīvo no klasiskajām interpretācijām, novērojot mērījumu korelācijas—kvantu nejaušību var sertificēt. Shalms atzīmē, ka šādu korelāciju izmantošana var radīt “vislabāko nejaušo skaitļu ģeneratoru, ko ļauj visums. ” Bet kā var apstiprināt šādas nejaušības autentiskumu? Pārbaude ir izaicinājums, jo daudzas sekvences šķiet nejaušas, bet patiesībā tādas nav, un patiesas nejaušības bieži ir pretrunīgas ar intuīciju. Risins ir moderns Bell tests bez iespējamām kļūdām, kas mēra korelācijas starp photonām tādos apstākļos, kuros klasiskā imitācija ir izslēgta. NIST šo metodi izmantoja 2018. gadā, lai ģenerētu sertificējamus nejaušos skaitļus. NIST matemātiķis Pīters Bīrhorts to raksturoja kā “drošības slāni, ” kas nodrošina, ka neviens nevar prognozēt vai manipulēt ar šiem skaitļiem.

Atšķirībā no paredzamiem monētu griezieniem, kvantu nejaušība rada statistiskas korelācijas, kas ir unikālas kvantu sistēmām. Neskatoties uz tās efektivitāti, šī pieeja ir sarežģīta un lēna, un kritiski – tā ir atkarīga no viena avota, kura manipulācija var palikt nepamanīta. Lai to novērstu, kopautors Gāts Kavuris iesaka “īstu pārāk paranoisku” metodi, lai garantētu nejaušību—kaut ko tik izturīgu, ka argumentu par to dažu vilnim pārsniedzot apdraudētu pat ar lietišķām metodēm. Ievedam CURBy (Kolorādo Universitātes nejaušības signāls), jaudīgu jaunu rīku, ko izstrādā NIST un Kolorādo universitāte Boulder, lai kvantu nejaušību padarītu pieejamu sabiedrībai. CURBy ģenerē nejaušus skaitļus apmēram 15 miljonu reižu katru minūti, radot milzīgu datu kopu, kas tiek apstrādāta un pēc mazāk nekā septiņām minūtēm sniedz 512 nejaušus bitus—tas ir 2^512 (apmēram 155 ciparu garš skaitlis) iespējamie rezultāti. NIST to dēvē par “visuma labāko monētu griezienu. ” Tomēr nejaušu skaitļu ģenerēšana ir tikai puse no darba; to apliecināšana ir tikpat būtiska. Komanda izstrādāja Twine protokolu, kas balstīts uz sasaistītiem hash ķēžu tīkliem—pasaulē sastopamas un sarežģītas blokķēdes variācijas. Katrs jauns datu bloks, kas attēlo jaunu nejaušo skaitļu ģeneratora posmu, ir kriptogrāfiski saistīts ar iepriekšējiem, padarot manipulāciju gandrīz neiespējamu nepamanītu. Turklāt Twine veido sasaistes starp vairākiem neatkarīgiem ķēžu fragmentiem, formējot virziena niecīgu neparasto graudu tipu. Jebkura ļaunprātīga izmaiņa vienā ķēdē izjauc konsekvenci pārējās, padarot neatklātu viltošanu gandrīz neiespējamu. Šī savstarpēji saistītā tīkla stiprums pieaug, pievienojoties vairāk neatkarīgu dalībnieku. CURBy savu nejaušo skaitļu rezultātus publicē interneta vietnē, ļaujot jebkuram pārbaudīt datu integritāti. Zinātniskais asistents Jaspers Pālfri raksturo to kā “paļāvības audumu, ” “nepārtrauktu nejaušības tīklu, kurā katrs piedalās, bet neviens nevar pilnībā kontroli, ” tā nodrošinot sabiedrības drošību un caurspīdību. Šāda atvērtība un mērogs padara to piemērotu tādām lietojumprogrammām kā žūrijas atlase vai publiskas loterijas. Risinājums apvieno praktisku lietojumu ar sarežģītu kvantu fizikas izaicinājumu. Kā Kavuris uzsver, “NIST ir vieta, kur ir tā pilnība brīvības sekot ambicioziem, bet arī noderīgiem projektiem. ”