Sem desconsiderar Einstein, ele foi certamente equivocado sobre a teoria quântica — ela não apenas resistiu, como também se mostrou inestimável em computação, biologia, óptica e até jogos de azar. Agora, de forma intrigante, ela pode revolucionar as lançamentos de dados. A aleatoriedade é essencial para a segurança digital e para a distribuição justa de recursos, observa um artigo recente de pesquisadores da Universidade do Colorado Boulder e do NIST. No entanto, obter uma verdadeira aleatoriedade é quase impossível no mundo físico. “Aleatoriedade verdadeira é algo que nada no universo consegue prever com antecedência, ” explica o físico do NIST, Krister Shalm. Isso exclui exemplos clássicos como lançamentos de dados e muitos números “aleatórios” gerados por computador, que muitas vezes são previsíveis. A física quântica oferece uma saída. Considere o experimento da dupla fenda: uma demonstração fundamental onde um feixe de luz cria um padrão de interferência imprevisível ao passar por duas fendas. Ao contrário da mecânica clássica, as posições das partículas são probabilísticas, não determinísticas, mostrando verdadeira aleatoriedade quântica. Usando um teste de Bell — um método que filtra explicações clássicas para as correlações de medições — a aleatoriedade quântica pode ser certificada. Shalm destaca que aproveitar essas correlações pode produzir “o melhor gerador de números aleatórios que o universo permite. ” Mas como verificar a autenticidade de tamanha aleatoriedade? A verificação é difícil, pois muitas sequências parecem aleatórias, mas não são, e a verdadeira aleatoriedade muitas vezes é contraintuitiva. A solução está em um teste de Bell avançado, sem brechas, que mede correlações entre pares de fótons sob condições que excluem imitação clássica. O NIST usou essa técnica em 2018 para produzir números aleatórios certificados. Peter Bierhorst, matemático do NIST, descreveu isso como um “recurso de segurança” que garante que ninguém pode prever seus números.

Diferentemente de lançamentos de moedas previsíveis, a aleatoriedade quântica produz correlações estatísticas únicas dos sistemas quânticos. Apesar de eficaz, essa abordagem é complexa, lenta e depende de uma única fonte, vulnerável a possíveis manipulações sem que sejam detectadas. Para contornar isso, o coautor Gautam Kavuri defende uma “maneira bem paranoica” de garantir a aleatoriedade — algo tão robusto que falsificá-la exigiria comunicação mais rápida que a luz. Entra o CURBy (Farol de Aleatoriedade da Universidade do Colorado), uma ferramenta poderosa criada pelo NIST e pela Universidade do Colorado Boulder para levar a aleatoriedade quântica para além do laboratório, como um bem público. O CURBy gera números aleatórios cerca de 15 milhões de vezes por minuto, produzindo um enorme conjunto de dados enviado para processamento e, após menos de sete minutos, fornecendo 512 bits aleatórios — equivalentes a 2^512 (um número de 155 dígitos) de possíveis resultados. O NIST chama isso de “a melhor cara ou coroa do universo. ” No entanto, produzir números aleatórios é apenas metade da história; verificá-los é igualmente crucial. A equipe desenvolveu o Twine, um protocolo baseado na entrelaçamento de cadeias de hash em um grafo de hash — uma variante sofisticada de blockchain. Cada novo bloco de dados (que representa um passo na geração do número aleatório) é criptograficamente vinculado a blocos anteriores, tornando extremamente difícil adulterações sem detecção. Além disso, o Twine conecta cruzadamente hashes de múltiplas cadeias independentes, formando um grafo acíclico dirigido. Qualquer alteração maliciosa em uma cadeia prejudica a consistência nas demais, tornando bastante difícil falsificações sem serem percebidas. Essa rede interligada reforça-se à medida que mais partes independentes entram. O CURBy transmite seus números aleatórios via website público, permitindo que qualquer pessoa verifique a integridade dos dados. Jasper Palfree, assistente de pesquisa, descreve isso como “uma tapeçaria de confiança, ” uma “rede de aleatoriedade à qual todos contribuem, mas ninguém controla. ” Essa transparência e escala são ideais para aplicações como seleção de júri ou loterias públicas, garantindo justiça e transparência. A solução também representa uma fusão elegante entre utilidade prática e o desafio complexo da física quântica. Como Kavuri afirma, “o NIST é um lugar onde você tem a liberdade de seguir projetos ambiciosos, mas que também podem te dar algo útil. ”