Ingen fornærmelse mot Einstein, men han tok definitivt feil om kvanteteori – den har ikke bare holdt stand, men også vist seg å være uvurderlig innen databehandling, biologi, optikk og til og med sjansespill. Nå, interessant nok, kan den revolusjonere terningkast. Tilfeldighet er essensielt for digital sikkerhet og rettferdig fordeling av ressurser, påpeker et nylig arbeid fra forskere ved University of Colorado Boulder og NIST. Men å oppnå ekte tilfeldighet er nærmest umulig i den fysiske verden. "Ekte tilfeldighet er noe som ingenting i universet kan forutsi på forhånd, " forklarer NIST-fysiker Krister Shalm. Dette utelukker klassiske eksempler som terningkast og mange datagenererte "tilfeldige" tall, som ofte er forutsigbare. Kvantefysikk tilbyr en løsning. Ta dobbeltspalte-eksperimentet: en grunnleggende demonstrasjon hvor en lysstråle skaper et uforutsigbart interferensmønster når den passerer gjennom to spalter. I motsetning til klassisk mekanikk er partikkelplasseringene probabilistiske, ikke deterministiske, og viser ekte kvante-tilfeldighet. Ved å bruke en Bell-test—en metode som filterer ut klassiske forklaringer for målekoorigasjoner—kan kvante-tilfeldighet bekreftes. Shalm påpeker at utnytting av disse korrelasjonene kan gi “den beste tilfeldige tallgeneratoren universet tillater. ” Men hvordan kan man verifisere ektheten av slik tilfeldighet? Verifisering er vanskelig, siden mange sekvenser virker tilfeldige uten å være det, og ekte tilfeldighet er ofte kontraintuitiv. Løsningen ligger i en avansert Bell-test uten loopholes som måler korrelasjoner mellom fotonpar under betingelser som utelukker klassisk etterligning. NIST brukte denne teknikken i 2018 for å produsere verifiserbare tilfeldige tall. Peter Bierhorst, en matematiker ved NIST, beskrev det som en “failsafe” som sikrer at ingen kan forutsi tallene deres.

I motsetning til forutsigbare myntkast, produserer kvante-tilfeldighet statistiske korrelasjoner som er unike for kvantesystemer. Til tross for sin effektivitet er denne tilnærmingen komplisert og langsom, og avhenger kritisk av én enkelt kilde som kan manipuleres uten at det oppdages. For å møte dette foreslår medforfatter Gautam Kavuri en “veldig paranoid måte” å garantere tilfeldighet på—noe så robust at å lure det ville kreve kommunikasjon raskere enn lys. Her kommer CURBy (Colorado University Randomness Beacon), et kraftig nytt verktøy utviklet av NIST og University of Colorado Boulder for å bringe kvante-tilfeldighet utenfor laboratoriet som en offentlig ressurs. CURBy genererer tilfeldige tall omtrent 15 millioner ganger i minuttet, og produserer et enormt datasett som sendes for behandling og gir 512 tilfeldige biter etter under sju minutter—tilsvarende 2^512 (et 155-sifret tall) mulige utfall. NIST kaller dette “universets beste myntkast. ” Men å generere tilfeldige tall er bare halve historien; å verifisere dem er like viktig. Teamet utviklet Twine, en protokoll basert på å sammenflette hash-kjeder inn i et hash-graf—en sofistikert versjon av en blokkjedeteknologi. Hver nye dataseksjon (som representerer et steg i genereringen av tilfeldige tall) er kryptografisk koblet til tidligere seksjoner, noe som gjør manipulasjon vanskelig å oppdage. I tillegg kobler Twine sammen hashene fra flere uavhengige kjeder, og danner en rettet acyklisk graf. Enhver ondsinnet endring i én kjede forstyrrer konsistensen i de andre, noe som gjør utidig juks nesten umulig å oppdage. Dette sammenkoblede nettverket blir sterkere etter hvert som flere uavhengige parter slutter seg til. CURBy kringkaster sine tilfeldige tall via en offentlig nettside, slik at alle kan verifisere dataintegriteten. Jasper Palfree, en forskningsassistent, beskriver det som “et trosvev, ” et “nettverk av tilfeldighet som alle bidrar til, men ingen kontrollerer. ” Slik åpenhet og skala egner seg for applikasjoner som juryutvelgelse eller offentlige lotterier, og sikrer rettferdighet og åpenhet. Løsningen representerer også en elegant sammensmelting av praktisk nytte og en kompleks kvantefysisk utfordring. Som Kavuri bekrefter, “NIST er et sted hvor du har friheten til å forfølge prosjekter som er ambisiøse, men også vil gi deg noe nyttig. ”