Einstein'a saygısızlık etmek istemem, ama kuantum teorisi konusunda kesinlikle yanıldı—sadece dayanmakla kalmadı, aynı zamanda bilgi işlem, biyoloji, optik ve hatta şans oyunları gibi pek çok alanda çok değerli oldu. Şimdi ise, ilginç bir şekilde, zar atışlarında devrim yaratabilir. Rastgelelik, dijital güvenlik ve adil kaynak dağılımı için temel bir unsurdur, diyor Colorado Boulderedaki ve NIST’teki araştırmacıların yakın zamanda yayımlanan bir makalesi. Ancak, gerçek anlamda rastgeleliği fiziksel dünyada başarmak neredeyse imkansızdır. NIST fizikçisi Krister Shalm, “Gerçek rastgelelik, evrendeki hiçbir şeyin önceden tahmin edemeyeceği bir şeydir, ” diyerek açıklıyor. Bu, klasik örnekler olan zar atışları ve çoğu bilgisayar tarafından üretilen "rastgele" sayıların tahmin edilebilir olması nedeniyle dışlanmasına neden olur. Kuantum fiziği buna bir çözüm sunar. Örneğin, çift yarık deneyi: ışık şiddetinin iki yarıktan geçirilerek tahmin edilemez bir girişim deseni oluşturduğu temel bir gösterimdir. Klasik mekaniğin aksine, parçacıkların konumları olasılıksaldır, deterministik değil; bu da gerçek kuantum rastgeleliğini gösterir. Bell testi adı verilen ve klasik açıklamaları ortadan kaldıran ölçüm korelasyonlarını ayıklama yöntemini kullanarak, kuantum rastgeleliği doğrulanabilir. Shalm, bu korelasyonların kullanılmasıyla “evrenin izin verdiği en iyi rastgele sayı üreticisini” elde edilebileceğinden bahsediyor. Peki, bu rastgeleliğin gerçekliğini nasıl doğrulayabiliriz? Doğrulama zordur çünkü birçok dizi rastgele gibi görünür ama aslında öyle değildir ve gerçek rastgelelik çoğu zaman sezgisel değildir. Çözüm, klasik taklitler dışlanmış koşullarda çift fotonun korelasyonlarını ölçen gelişmiş, loophole-freeyleştirilmiş Bell testi ile bulunur. NIST, 2018 yılında bu yöntemi kullanarak doğrulanabilir rastgele sayılar üretti. NIST matematikçisi Peter Bierhorst, bu sistemi “bir güvenlik önlemi” olarak tanımlıyor ve kimsenin sayıları tahmin edemeyeceğini söylüyor.

Tahmin edilebilir çevirme yerine, kuantum rastgeleliği, sadece kuantum sistemlerine özgü istatistiksel korelasyonlar üretir. Bu yöntemin etkinliğine rağmen, karmaşıktır ve yavaş çalışır; ayrıca, tek bir kaynağa bağlıdır ve potansiyel tahribata karşı korunmasızdır, herhangi bir tahribat fark edilmeden yapılabilir. Bu duruma karşılık, ortak yazar Gautam Kavuri, “gerçekten paranoyak bir yöntem” öneriyor; bu kadar güçlü ki, onu taklit etmek ışık hızından daha hızlı iletişim gerektirir. Bunun için CURBy (Colorado Üniversitesi Rastgelelik İşareti) adlı güçlü yeni araç geliştirildi. NIST ve Colorado Üniversitesi Boulder tarafından tasarlanan bu cihaz, kuantum rastgeleliğini laboratuvar dışına çıkartıp kamu yararına sunmayı amaçlıyor. CURBy, dakikada yaklaşık 15 milyon kez rastgele sayı üretiyor ve yedi dakikadan kısa sürede 512 rastgele bitlik devasa bir veri seti oluşturuyor—bu, 2^512 (155 haneden oluşan büyük bir sayı) mümkün sonuç anlamına gelir. NIST buna “evrenin en iyi zar atışını” diyor. Ancak, rastgele sayılar üretmek sadece başlangıç; onları doğrulamak da en az o kadar önemli. Ekip, karmaşık bir şifre zinciri (hash zinciri) ile bağlanmış ve bir hash ağını oluşturan gelişmiş bir protokol olan Twine’ı geliştirdi. Her yeni veri bloğu (rastgele sayı üretimindeki bir aşama) kriptografik olarak önceki bloklara bağlıdır, bu da tahribatı zorlaştırır. Ayrıca, Twine farklı bağımsız zincirlerin hash’lerini çapraz bağlar ve yönsüz döngüsüz bir grafik (DAG) oluşturur. Bir zincirdeki kötü niyetli bir değişiklik, diğerleriyle tutarlılığı bozar ve bu da tahribatın tespit edilmesini neredeyse imkansız hale getirir. Bu birbirine bağlı ağ güçlendikçe büyür; yeni katılan bağımsız taraflar sayesinde. CURBy, rastgele sayılarını halka açık bir web sitesi üzerinden yayınlar, böylece herkes verinin bütünlüğünü doğrulayabilir. Araştırma görevlisi Jasper Palfree, bu altyapıyı “güvenin bir duvar halısı” olarak tanımlıyor ve “herkesin katkıda bulunduğu, ama hiç kimsenin kontrolü altında olmayan rastgelelik ağları” olarak anlatıyor. Bu açıklık ve ölçek, jüri seçimi veya halk oylamaları gibi uygulamalara uygun olup adil ve şeffaflığı sağlar. Ayrıca, pratik fayda ile karmaşık kuantum fiziği sorununu şık bir şekilde birleştirir. Kavuri’nin sözleriyle, “NIST, cesur projeleri sürdürme özgürlüğü sunan bir yer; hem iddialı hem de size faydalı bir şeyler kazandıracak projelere olanak tanıyor. ”