Не хочу образити Ейнштейна, але він явно помилився щодо квантової теорії — вона не лише витримала випробування часом, а й стала безцінною в обчисленнях, біології, оптиці й навіть азартних іграх. Тепер, цікаво, вона може революціонізувати кидки кісток. Випадковість є необхідною для цифрової безпеки та справедливого розподілу ресурсів, зазначають у недавньому дослідженні дослідники з Університету Колорадо Б Prairie та NIST. Однак досягти справжньої випадковості у фізичному світі майже неможливо. «Справжня випадковість — це така, що ніщо у Всесвіті не може передбачити наперед», пояснює фізик NIST Крістер Шалм. Це виключає класичні приклади, як кидки кісток і багато комп’ютерних "випадкових" чисел, які часто є передбачуваними. Квантова фізика пропонує спосіб вирішення цієї проблеми. Візьмімо дослід із подвійною щілиною: фундаментальний експеримент, де світловий промінь створює непередбачувану інтерференційну картину, проходячи через дві щілини. На відміну від класичної механіки, положення частинок є ймовірнісними, а не детермінованими, що демонструє справжню квантову випадковість. Використовуючи тест Белла — метод, що фільтрує класичні пояснення кореляцій вимірювань — можна підтвердити квантову випадковість. Шалм зазначає, що з цими кореляціями можна отримати «найкращий генератор випадкових чисел, який допускає Всесвіт». Але як підтвердити автентичність такої випадковості? Перевірка є складною, оскільки багато послідовностей здаються випадковими, але насправді ні — справжня випадковість часто протилежна інтуїції. Вирішенням є удосконалений, безпрограшний тест Белла, який вимірює кореляції між парами фотонів за умов, що виключають класичні підробки. NIST використовував цей метод у 2018 році для отримання підтверджуваних випадкових чисел. Пітер Біхорст, математик NIST, описав його як «захисний механізм», що гарантує, що ніхто не зможе передбачити ці числа.

На відміну від передбачуваних підкидів монети, квантова випадковість дає статистичні кореляції, унікальні для квантових систем. Попри свою ефективність, цей підхід є складним і повільним, а головне — залежить від одного джерела, вразливого до потенційних спроб підробки без виявлення. Щоб це подолати, співавтор Гаутам Кавурі пропагує так званий «дуже параноїдальний» спосіб гарантування випадковості — щось настільки надійне, що підробити його можна лише за допомогою швидше ніж світло зв’язку. До справи вступає CURBy (Colorado University Randomness Beacon) — потужний новий інструмент, створений NIST і Університетом Колорадо Б Prairie, щоб винести квантову випадковість за межі лабораторії в публічне благо. CURBy генерує випадкові числа близько 15 мільйонів разів на хвилину, формуючи величезний набір даних, який обробляється й дає 512 випадкових біт за менше ніж сім хвилин — це еквівалент 2^512 (155-значне число) можливих результатів. NIST називає це «найкращим підкиданням монети у всесвіті». Однак створення випадкових чисел — це лише половина справи; їхнє підтвердження є не менш важливим. Команда розробила Twine, протокол, що базується на переплітаних хеш-ланцюгах у хеш-графі — складному варіанті блокчейну. Кожен новий блок даних (що репрезентує стадію у процесі генерації випадкових чисел) криптографічно пов'язаний із попередніми, що робить виявлення підробки практично неможливим. Крім того, Twine перехресно з'єднує хеші кількох незалежних ланцюгів, формуючи орієнтований ациклічний граф. Любі шахрайські зміни в одному ланцюгу порушують цілісність у всіх, що унеможливлює підробки без виявлення. Ця мережа стає міцнішою з кількістю незалежних учасників. CURBy транслює свої випадкові числа через публічний сайт, дозволяючи будь-кому перевіряти цілісність даних. Асистент дослідника Джаспер Палфрі описує її як «гобелен довіри», «мережу випадковості, у якій всі беруть участь, але ніхто не має контролю». Такий відкритий і масштабний підхід підходить для застосувань, як вибір суддів або державні лотереї, гарантуючи справедливість і прозорість. Це також вражаюче поєднання практичної користі з складною фізикою квантової теорії. Як стверджує Кавурі, «NIST — це місце, де ви маєте свободу займатися амбіційними проектами, які водночас принесуть вам щось корисне».