Физики ETH Цюриха построили генератор случайных чисел на запутанных кубитах

Почему ваш "рандом" не случаен: швейцарские физики добыли истинную случайность из квантов

Взломать генератор случайных чисел — мечта каждого хакера и кошмар криптографа. Обычные ГСЧ — будь то софтовые или аппаратные — всегда можно предсказать, если знать устройство или подобрать сид. Но есть способ, который запрещает предсказуемость на уровне законов физики. Учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха только что это сделали. Их установка генерирует последовательность битов, чья случайность доказана математически — без всяких "а что, если". Два запутанных кубита, тридцать метров дистанции и миллиард измерений. Что получилось? Разбираемся.

Как извлечь случайность из запутанности

Установка — настоящий шедевр инженерии. Два кубита (носители квантовой информации) разместили в 30 метрах друг от друга. Зачем? Чтобы исключить возможность влияния через скорость света — так называемая локальная реалистичность. Оба кубита охладили почти до абсолютного нуля — около -273 °C. Только при такой температуре квантовые эффекты не перебиваются тепловыми флуктуациями.

За девять часов исследователи провели более миллиарда измерений. Они искали корреляции между состояниями кубитов. И эти корреляции превысили пределы, допустимые для любых классических теорий со скрытыми параметрами. Это называется тестом Белла. Его нарушение означает: никакой "закулисной" причины нет. Результат — истинно случаен.

Усиление случайности — невозможное стало возможным

Самое интересное — это так называемое усиление случайности. Учёные взяли источник с несовершенной, частично предсказуемой случайностью (например, шум от лазера) и преобразовали его в идеальную последовательность. Ранее считалось, что без квантовых эффектов такое невозможно. Теперь — доказано. Вот краткая микро-инструкция "Как это работает":

1. Берём два кубита в запутанном состоянии.
2. Измеряем их в случайные моменты (определяемые исходным слабым источником).
3. Проверяем корреляции — если нарушено неравенство Белла, значит, результат измерений не может быть предопределён.
4. Отбрасываем серии, где тест не прошёл, получаем последовательность, случайность которой гарантирована квантовой механикой.

Это не просто философский эксперимент. Это рабочий протокол.

Зачем это нужно и почему это меняет правила

Главный плюс системы — она не требует доверия к аппаратуре. Обычные ГСЧ, даже аппаратные, могут содержать скрытые закладки или дефекты. Здесь же доказательство случайности лежит в физике, а не в честности производителя. Разработчики сравнивают своё устройство с атомными часами — эталоном времени. Так и эта система может стать эталоном случайности.

Личное наблюдение автора. Недавно я заметил, что некоторые финансовые и криптографические сервисы для генерации ключей всё ещё используют такие простые источники, как атмосферный шум (Random.org). Это уровень начала 2000-х. А ведь взлом таких сервисов приводит к утечкам миллиардов. Квантовый эталон — не роскошь, а необходимость.

Разработчики утверждают: система не требует доверия к оборудованию — доказательство случайности лежит в фундаментальной физике, а не в честности производителя. Это отличает её от всех существующих ГСЧ.

Резюме от автора. Швейцарский эксперимент — не очередной "квантовый прорыв для галочки". Это первый случай, когда случайность получена со стопроцентной гарантией, подтверждённой неравенствами Белла. Усиление случайности открывает путь к практическим протоколам. Ждём коммерческих устройств — возможно, через несколько лет ваш телефон будет использовать квантовую запутанность для генерации ключей. А пока — просто знайте: есть способ заставить вселенную играть честно.