Fără a-i aduce vreo ofensă lui Einstein, dar el a fost cu siguranță greșit în privința teoriei cuantice – aceasta nu doar că a rezistat, ci a și dovedit a fi de neprețuit în domenii precum calculul, biologia, optica și chiar jocurile de noroc. Și, intriguant, ar putea revoluționa aruncările cu zaruri. Aleatoritatea este esențială pentru securitatea digitală și distribuirea echitabilă a resurselor, observă un articol recent scris de cercetători de la Universitatea din Colorado Boulder și NIST. Totuși, obținerea unei adevărate aleatorități este aproape imposibilă în lumea fizică. „Adevărata aleatoritate este ceva ce nimic din univers nu poate prezice în avans, ” explică fizicianul de la NIST, Krister Shalm. Aceasta exclude exemple clasice, precum aruncările de zaruri și numeroarele “aleatorii” generate de calculator, care sunt adesea predictibile. Fizica cuantică oferă o alternativă la aceasta. Luați experimentul cu dublu slit: o demonstrație fundamentală în care un jet de lumină creează un model de interferență imposibil de prevăzut atunci când trece prin două fante. Spre deosebire de mecanica clasică, locațiile particulelor sunt probabilistice, nu deterministe, ilustrând adevărata aleatoritate cuantică. Folosind un test Bell – o metodă care filtrează explicațiile clasice pentru corelațiile măsurate – aleatoritatea cuantică poate fi certificată. Shalm menționează că valorificarea acestor corelații poate produce „cel mai bun generator de numere aleatorii pe care îl permite universul. ” Dar cum se poate verifica autenticitatea acestei aleatorități? Verificarea este dificilă, deoarece multe secvențe par aleatorii, dar nu sunt, iar adevărata aleatoritate adesea contrazice intuiția. Soluția constă într-un test Bell avansat, fără breșe, care măsoară corelațiile dintre perechi de fotoni în condiții în care mimarea clasică este exclusă. NIST a folosit această tehnică în 2018 pentru a produce numere aleatorii certificabile. Peter Bierhorst, matematician la NIST, o descrie ca pe un „sistem de siguranță” care garantează că nimeni nu poate prezice aceste numere.

Spre deosebire de aruncările predictibile cu moneda, aleatoritatea cuantică produce corelații statistice unice pentru sistemele cuantice. Cu toate acestea, această metodă este complicată, lentă și depinde critic de o singură sursă, vulnerabilă la eventuale manipulări fără a fi detectate. Pentru a combate asta, coautorul Gautam Kavuri promovează o „metodă foarte paranoică” pentru garantarea aleatorității – ceva atât de robust încât înscenarea ar necesita o comunicare mai rapidă decât lumina. A apărut CURBy (Colorado University Randomness Beacon), o unealtă puternică dezvoltată de NIST și Universitatea din Colorado Boulder, menită să aducă aleatoritatea cuantică în afara laboratorului, ca un bun public. CURBy generează în jur de 15 milioane de numere aleatorii pe minut, creând un set de date uriaș, trimis pentru prelucrare și care produce 512 biți aleatorii în mai puțin de șapte minute – echivalent cu 2^512 (un număr de 155 de cifre) rezultate posibile. NIST numește acest proces „cel mai bun aruncări cu moneda ale universului. ” Totuși, generarea numerelor aleatorii este doar jumătate din poveste; verificarea lor este la fel de importantă. Echipa a dezvoltat Twine, un protocol bazat pe intertwining-ul lanțurilor de hash într-un graf de tip blockchain avansat. Fiecare bloc de date (care reprezintă un pas în generarea numerelor aleatorii) este legat criptografic de blocurile anterioare, făcând dificilă manipularea nedetectată. Mai mult, Twine leagă între ele hash-urile mai multor lanțuri independente, formând un graf aciclic orientat. Orice modificare malițioasă într-un lanț dezechilibrează coerența celorlalte, făcând aproape imposibilă falsificarea nedetectată. Această rețea interconectată devine mai puternică odată cu participarea mai multor părți independente. CURBy transmite numerele sale aleatorii printr-un site public, permițând oricui să verifice integritatea datelor. Jasper Palfree, asistent de cercetare, o descrie ca fiind „o tapiserie a încrederii, ” un „rețea de aleatoriu la care toată lumea contribuie, dar nimeni nu controlează. ” Această transparență și amploare sunt ideale pentru aplicații precum selecția juraților sau loteriile publice, asigurând corectitudine și transparență. Soluția reprezintă totodată o îmbinare elegantă între utilitatea practică și o provocare complexă din fizica cuantică. Așa cum afirmă Kavuri, „NIST este un loc unde ai libertatea de a urmări proiecte ambițioase, dar și utile. ”