Квантовая запутанность помогла учёным создать эталон идеальной случайности для криптографии

Швейцарские физики впервые сгенерировали последовательность чисел, которую можно считать действительно случайной и принципиально непредсказуемой. Эксперимент с кубитами на расстоянии 30 метров продлился девять часов, сообщает «Газета.Ru».

Каждый раз, когда вы вводите пароль, подтверждаете транзакцию в банке или зашифровываете сообщение, в дело вступают случайные числа. Они — основа современной криптографии. Но вот проблема: числа, которые компьютеры генерируют сегодня, на самом деле не случайны. Они лишь выглядят хаотичными, но теоретически их можно предсказать. Учёные из Швейцарии нашли способ получить идеальную, принципиально непредсказуемую случайность. Им помогла квантовая запутанность — одно из самых загадочных явлений физики.

Почему монета не случайна

Даже подбрасывание монеты или бросок кубика подчиняются законам физики. Если у наблюдателя есть достаточно информации о начальных условиях (сила броска, сопротивление воздуха, упругость поверхности), результат теоретически можно вычислить заранее. То же самое с компьютерными генераторами — они используют сложные алгоритмы, но алгоритм это всегда порядок, а не хаос.

Квантовая механика даёт иное: принципиальную непредсказуемость. Именно её и использовали исследователи.

Два кубита на расстоянии 30 метров

Учёные создали пару квантовых битов (кубитов), расположили их на расстоянии 30 метров друг от друга и охладили почти до абсолютного нуля (-273°C). Кубиты находились в состоянии квантовой запутанности — результаты измерений одного оказывались связаны с результатами другого способом, который невозможно объяснить классической физикой. Эйнштейн называл это «жутким дальнодействием».

Тест Белла и девять часов измерений

Чтобы проверить наличие запутанности и доказать отсутствие скрытых «подсказок», физики провели более миллиарда специальных измерений в рамках так называемого теста Белла. Эксперимент продолжался около девяти часов.

Полученные корреляции оказались настолько сильными, что их нельзя было объяснить никакими скрытыми правилами или заранее заданными алгоритмами. Это и позволило подтвердить подлинную случайность генерируемых чисел.

От несовершенной последовательности к идеальному эталону

Особенность работы: учёные начали не с идеально случайных данных, а с последовательности, которая могла содержать ошибки и предсказуемые элементы. Затем с помощью квантового процесса они преобразовали её в последовательность, случайность которой удалось строго доказать.

Авторы исследования считают, что в будущем подобные системы станут своеобразным эталоном случайности — аналогично тому, как атомные часы служат эталоном времени.