RW Space

Одна из самых сложных задач в физике — генерировать истинную, доказуемо непредсказуемую случайность.

Это потому, что невозможно определить случайность, основываясь только на результатах.

Кости могут иметь зазубрины и дефекты, которые влияют на то, как они катятся.

Компьютерные генераторы случайных чисел обычно управляются алгоритмами.

Даже подбрасывание монеты управляется физическими силами, которые теоретически могут быть

Трудность заключается не в генерации чисел, которые кажутся случайными, а в том, чтобы показать, что никто не мог бы предсказать результат – что на систему тайно не влияют тонкие скрытые правила или предубеждения.

Теперь команда физиков из ETH Zurich в Швейцарии преодолела эту проблему, используя одно из самых странных явлений в квантовой механике: запутанность.

«Полученная последовательность нулей и единиц теперь действительно совершенно случайна, и мы можем даже подтверждаю это», — говорит физик Ренато Реннер из ETH Zurich.

Случайность имеет решающее значение для современной безопасности.

Это основная функция, которая затрудняет угадывание паролей, кодов аутентификации и ключей шифрования.

По этой причине генераторы паролей будут создавать строку бессмысленно перемешанных символов, а не что-то вроде YourFirstPet123.

Но ставки выходят далеко за рамки пароля Flickr. для международной безопасности.

Недавние примеры слабых мест безопасности включают уязвимость PuTTY 2024 года, из-за которой один из наиболее широко используемых в мире SSH-клиентов имел ошибку в генерации случайных чисел для криптографических подписей.

И не забывайте об ошибке AMD Zen 5 RDSEED 2025 года, из-за которой аппаратная инструкция случайного числа генерировала предсказуемые значения, ложно сообщая об успехе.

Если код не является совершенно случайным, злоумышленникам легче его угадать.

«Любое обычное электронное устройство, такое как телефон или компьютер, полностью детерминировано, — сказал Реннер Адаму Ковачу из Scientific American, — поэтому компьютеру или любому другому электронному устройству на самом деле очень сложно сгенерировать случайное значение».

Чтобы попытаться найти решение этой проблемы, исследователи обратились к квантовому эксперименту, известному как тест Белла.

Они создали пару запутанных квантовых битов, или кубитов, разделенных на расстоянии 30 метров (98 футов) и охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю.

Запутанные частицы — это те частицы, которые при измерении демонстрируют сходство, которое невозможно объяснить только с помощью классической физики.

Измерения, выполненные на кубитах, привели к настолько сильным корреляциям, что их нельзя было объяснить обычными скрытыми правилами или заранее запрограммированным поведением.

Это достижение потребовало серьезных технических улучшений как для стабильности, так и для скорости эксперимента, что позволило команде выполнить более миллиарда испытаний Белла в течение примерно девяти часов.

Предыдущие квантовые генераторы случайных чисел могли выдавать весьма случайные выходные данные, но они по-прежнему полагались на надежное оборудование и совершенно случайные стартовые условия.

Вместо этого команда ETH Zurich продемонстрировала то, что называется усилением случайности, намеренно начиная с несовершенной случайности – беря случайность, которая может содержать тонкие недостатки или предвзятости, и превращая ее в случайность, которая может быть сертифицирован как совершенно непредсказуемый.

«Важно, — пишут они в своей статье, — было доказано, что усиление случайности невозможно чисто классическими средствами».

Результатом является система, способная генерировать достоверно идеальную случайность, даже если начинать с ошибочной или несовершенной случайности.

По теме: Кристаллы впервые использовались для генерации действительно случайных чисел Время

И это также не зависит от устройства, что означает, что случайность зависит не от доверия самому оборудованию, а от квантового поведения, наблюдаемого в эксперименте.

В долгосрочной перспективе исследователи говорят, что их система может выполнять ту же функцию, которую атомные часы выполняют для измерения времени — физически сертифицированный источник случайности, относительно которого можно измерять и устанавливать другие случайности.

«Технические улучшения позволили нам впервые создать случайные числа, которые останутся совершенно случайными для всех вечность – независимо от того, какие аналитические методы используются для оценки их случайности», – говорит Реннер.

Исследование опубликовано в журнале Nature.