Едно от най-трудните неща във физиката е да се генерира истинска, доказуемо непредсказуема случайност. Това се дължи на факта, че е невъзможно да се определи случайността само въз основа на резултата. Заровете могат да имат вдлъбнатини и дефекти, които влияят върху начина, по който се търкалят. Компютърните генератори на случайни числа обикновено се управляват от алгоритми. Дори хвърлянето на монета се подчинява на физически сили, които на теория биха могли да бъдат предсказани.

Трудността не се състои в генерирането на числа, които изглеждат случайни, а в доказването, че никой не би могъл да предвиди резултата – че системата не е тайно повлияна от скрити правила или пристрастия.

Сега екип от физици в ETH Цюрих, Швейцария, е преодолял това предизвикателство, като е използвал едно от най-странните явления в квантовата механика: заплитането.

„Получената поредица от нули и единици вече е напълно случайна и дори можем да го удостоверим“, казва физикът Ренато Ренер от ETH Цюрих.

Случайността е от решаващо значение за съвременната сигурност. Тя е основната характеристика, която прави паролите, кодовете за удостоверяване и ключовете за криптиране по-трудни за отгатване. Това е причината генераторите на пароли да създават поредица от безсмислено преплетени символи, а не нещо като YourFirstPet123.

Но залогът се простира далеч отвъд паролата за Flickr и засяга международната сигурност.

Сред последните примери за слабости в сигурността е уязвимостта в PuTTY от 2024 г., при която един от най-широко използваните SSH клиенти в света имаше недостатък в генерирането на случайни числа за криптографски подписи. Не трябва да забравяме и бъга RDSEED в AMD Zen 5 от 2025 г., при който хардуерна инструкция за генериране на случайни числа създаваше предсказуеми стойности, докато фалшиво отчиташе успех.

Ако кодът не е напълно случаен, на хакерите им е по-лесно да го отгатнат.

„Всяко обичайно електронно устройство като телефон или компютър е напълно детерминистично“, обяснява Ренер пред Адам Ковач от Scientific American, „така че всъщност е много трудно за компютър или друго електронно устройство да генерира случайна стойност“.

За да намерят решение на този проблем, изследователите се обърнаха към квантов експеримент, известен като тест на Бел. Те създадоха двойка заплетени квантови битове, или кубити, разделени на 30 метра и охладени до температури, близки до абсолютната нула.

Заплетените частици са такива, които при измерване показват сходства, които не могат да бъдат обяснени само с класическата физика. Измерванията, проведени върху кубитите, доведоха до толкова силни корелации, че те не можеха да бъдат обяснени с обичайни скрити правила или предварително програмирано поведение. Това постижение наложи значителни технически подобрения както по отношение на стабилността, така и на скоростта на експеримента, което позволи на екипа да проведе над един милиард опити по теста на Бел в рамките на около девет часа.

Предишните квантови генератори на случайни числа можеха да генерират изключително случайни резултати, но все пак разчитаха на надежден хардуер и напълно случайни начални условия. Екипът на ETH Zurich вместо това демонстрира нещо, наречено усилване на случайността, като умишлено започва с несъвършена случайност – взема случайност, която може да съдържа фини недостатъци или пристрастия, и я преобразува в случайност, която може да бъде сертифицирана като напълно непредсказуема.

„От решаващо значение е“, пишат те в статията си, „че усилването на случайността е доказано като невъзможно с чисто класически средства“.

Резултатът е система, способна да генерира сертифицирано перфектна случайност дори когато се започне с несъвършена или неидеална случайност. Освен това тя е независима от конкретното устройство, което означава, че случайността не зависи от надеждността на самия хардуер, а от квантовото поведение, наблюдавано в експеримента.

В дългосрочен план изследователите твърдят, че тяхната система би могла да изпълнява същата функция, каквато атомните часовници изпълняват за отмерване на времето – физически сертифициран източник на случайност, спрямо който другите могат да бъдат измервани и настройвани.

„Техническите подобрения ни позволиха за първи път да създадем случайни числа, които ще останат напълно случайни завинаги – без значение какви аналитични методи се използват за оценка на тяхната случайност“, завършва Ренер.

Снимка: Unsplash/ETH Zurich

Виж още: Samsung представя новото поколение монитори Odyssey Gaming и ViewFinity, включително първия в индустрията 6K геймърски монитор