Nie chcę nikogo obrażać, ale z całą pewnością Einstein się mylił w kwestii teorii kwantowej — ta nie tylko przetrwała, lecz także okazała się nieoceniona w dziedzinach takich jak informatyka, biologia, optyka, a nawet gry hazardowe. Co ciekawe, teraz może zrewolucjonizować rzuty kostką. Losowość jest niezbędna dla bezpieczeństwa cyfrowego i sprawiedliwego rozdziału zasobów, zauważa niedawny artykuł naukowców z Uniwersytetu Kolorado w Boulder i NIST. Jednak uzyskanie prawdziwej losowości jest niemal niemożliwe w świecie fizycznym. „Prawdziwa losowość to coś, czego nic w wszechświecie nie jest w stanie przewidzieć z wyprzedzeniem” — wyjaśnia fizyk NIST Krister Shalm. To wyklucza klasyczne przykłady, takie jak rzuty kością i wiele komputerowo generowanych „losowych” liczb, które często można przewidzieć. Fizyka kwantowa oferuje na to sposób. Weźmy eksperyment z dwoma szczelinami: fundamentalną demonstrację, w której wiązka światła tworzy nieprzewidywalny wzór interferencyjny, przechodząc przez dwie szczeliny. W przeciwieństwie do mechaniki klasycznej, lokalizacje cząstek są probabilistyczne, a nie deterministyczne, co ukazuje prawdziwą kwantową losowość. Za pomocą testu Belli — metody filtrującej wyjaśnienia klasyczne dla korelacji pomiarów — można potwierdzić kwantową losowość. Shalm podkreśla, że wykorzystanie tych korelacji może dać „najlepszy generator losowych liczb, na jaki pozwala wszechświat”. Jednak jak można zweryfikować autentyczność takiej losowości? Weryfikacja jest trudna, ponieważ wiele ciągów wygląda na losowe, choć nimi nie jest, a prawdziwa losowość często jest sprzeczna z intuicją. Rozwiązaniem jest zaawansowany test Belli bez luk, który mierzy korelacje między parami fotonów w warunkach wykluczających podrobienie klasyczne. NIST użył tej techniki w 2018 roku do generowania certyfikowalnych losowych liczb. Peter Bierhorst, matematyk z NIST, opisał to jako „wypasiony” sposób zapewnienia, że nikt nie przewidzi ich wyników.

W przeciwieństwie do przewidywalnych rzutów monetą, kwantowa losowość generuje statystyczne korelacje unikalne dla systemów kwantowych. Mimo swojej skuteczności, ta metoda jest skomplikowana i wolna, a co najważniejsze, opiera się na jednym źródle, które jest podatne na potencjalne manipulacje bez wykrycia. Aby temu zapobiec, współautor Gautam Kavuri proponuje „naprawdę paranoidalny sposób” gwarantowania losowości — coś tak solidnego, że podrobienie wymagałoby komunikacji z prędkością przekraczającą światło. Przedstawia się CURBy (Colorado University Randomness Beacon), potężne nowe narzędzie opracowane przez NIST i Uniwersytet Kolorado w Boulder, które ma sprowadzić kwantową losowość poza laboratorium jako dobro publiczne. CURBy generuje losowe liczby około 15 milionów razy na minutę, tworząc ogromny zestaw danych przesyłany do analizy i dający 512 losowych bitów w nieco ponad siedem minut — co odpowiada 2^512 (czyli 155-cyfrowej liczbie) możliwych wyników. NIST określa to jako „najlepszy rzut monetą wszechświata”. Jednak samo generowanie losowych liczb to tylko połowa sukcesu; ich weryfikacja jest równie ważna. Zespół opracował Twine, protokół oparty na splątanych łańcuchach haszujących w zaawansowanym wariancie blockchaina. Każdy nowy blok danych (reprezentujący etap w generowaniu losowych liczb) jest kryptograficznie powiązany z poprzednimi, co czyni niemal niemożliwym wykrycie manipulacji. Dodatkowo, Twine łączy hasze z kilku niezależnych łańcuchów, tworząc skierowany acykliczny graf. Każda złośliwa zmiana w jednym łańcuchu zakłóca spójność w innych, co praktycznie uniemożliwia wykrycie podrobienia. Ta powiązana sieć rośnie w siłę, gdy dołączają kolejne niezależne strony. CURBy transmituje swoje losowe liczby przez publiczną stronę internetową, umożliwiając każdemu weryfikację integralności danych. Jasper Palfree, asystent badawczy, określa to jako „tkaninę zaufania” — „sieć losowości, do której wszyscy się dokładają, ale nikt nie kontroluje”. Taka transparentność i skala idealnie nadają się do zastosowań takich jak wybór ławników czy publiczne loterie, zapewniając sprawiedliwość i przejrzystość. Rozwiązanie to stanowi także eleganckie połączenie praktycznego użyteczności z zaawansowanym wyzwaniem fizyki kwantowej. Jak podkreśla Kavuri, „NIST to miejsce, gdzie można realizować projekty ambitne, ale też takie, które coś naprawdę dają”.