Разработанное учеными устройство генерирует случайные числа, используя поляризацию запутанных фотонов. Ежедневно ученые предоставляют эти числа через общедоступный сервис.
Для принятия справедливого решения люди нередко прибегают к случайным методам, таким как жребий, броски кубиков или подбрасывание монеты. В современных криптографических системах генераторы случайных чисел применяются для создания защищенных ключей.
Суть в том, что так называемые «случайные» числа не являются таковыми на самом деле. Определенные генераторы используют алгоритмы, основанные на данных о времени, для создания этих чисел. Поскольку присутствует алгоритм, существует возможность его изучения и, как следствие, воздействия на результат обработки данных. Кроме того, исследователи следят за космическими шумами для получения случайных числовых последовательностей. Настоящие случайные числа и события, не зависящие ни от каких других, найти и использовать довольно затратно.
Компьютерные алгоритмы генерируют лишь псевдослучайные числа, которые могут быть предсказаны или использованы для манипуляций человеком, знакомым с используемым алгоритмом или системой. Аналогично, опытный фокусник может контролировать результат подбрасывания монеты, обеспечивая выпадение орла или решки.
Квантовая механика, в отличие от традиционных методов, таких как кубики или компьютерные программы, предоставляет исследователям возможность использовать фундаментальную случайность. Благодаря квантовым эффектам и тесту Белла, ученым удалось разработать сервис генерации случайных чисел, который можно отслеживать и проверять.
Тест Белла предназначен для измерения пар запутанных фотонов, свойства которых демонстрируют корреляцию, несмотря на разделение частиц на значительные расстояния. Хотя результат измерения каждой частицы по отдельности случаен, взаимосвязь свойств пары превосходит возможности, предсказываемые классической физикой, что позволяет исследователям подтвердить наличие случайности.
Процесс начинается с генерации пары запутанных фотонов в специальном нелинейном кристалле. Фотоны по оптическому волокну попадают в отдельные лаборатории на разных концах коридора. В лабораториях измеряется поляризация фотонов. Результаты этих измерений абсолютно случайны. Процесс повторяется 250 000 раз в секунду.
NIST передает миллионы таких «квантовых подбрасываний монеты» в программу Университета Колорадо в Боулдере. Специальные алгоритмы преобразуют результаты измерений в 512 случайных битов (0 и 1).
Специалистам удалось обеспечить мониторинг и контроль каждого этапа создания случайных чисел. Для этого был разработан протокол « Twine» — это комплекс квантово-совместимых блокчейн-технологий, которые позволяют различным организациям совместно генерировать и подтверждать случайные числа, используя тест Белла.
Исследователи из NIST (Устройство, разработанное специалистами из США и Университета Колорадо в Боулдере (США), получило название «Квантовый маяк случайности Университета Колорадо» ( CURBy). CURBy генерирует случайные числа, а вспомогательная система ежедневно публикует их на сайте для свободного использования. Описывающее прибор исследование опубликовано в журнале Nature.