Група швейцарських учених заявила про досягнення того, що раніше вважалося практично недосяжним — створення абсолютно випадкових чисел. Результат може вплинути на розвиток шифрування, захисту даних та майбутніх систем цифрової безпеки.
Про це пише ScienceAlert.
У повсякденному житті випадковими здаються підкидання монети чи кидки гральних кубиків. Проте фізики пояснюють, що такі процеси насправді є детермінованими: за наявності повної інформації про силу удару, опір повітря та інші параметри результат можна було б передбачити.
Схожа проблема стосується й сучасних комп’ютерних генераторів випадкових чисел. Вони працюють за алгоритмами, тому теоретично можуть бути вразливими для тих, хто знайде спосіб передбачити закономірності.
Професор Інституту теоретичної фізики ETH Zurich Ренато Реннер пояснив, що створити абсолютно ідеальну монету чи кубик практично неможливо. Навіть мікроскопічні дефекти поверхні призводять до так званого зміщення, коли певний результат випадає трохи частіше за інші.
Команда Реннера разом із професором Андреасом Вальраффом запропонувала новий підхід. Для експерименту дослідники використали два надпровідні квантові чипи, розміщені на відстані 30 метрів один від одного та з’єднані спеціально охолодженою трубкою, якою передавалися мікрохвильові фотони.
Система працювала за температур, наближених до абсолютного нуля. Кожен чип виконував роль кубіта — квантового біта, який може одночасно перебувати у кількох станах завдяки явищу суперпозиції.
Під час вимірювань дослідники використали квантову заплутаність. Зміна стану одного кубіта миттєво відображалася на другому, хоча їх розділяли десятки метрів. Така дистанція виключала можливість будь-якого обміну інформацією між пристроями під час самого процесу вимірювання.
Ключовим елементом роботи став метод підсилення випадковості. Вчені застосували вдосконалену версію тесту Белла, який дозволив отримати настільки сильні квантові кореляції, що їх неможливо пояснити законами класичної фізики або прихованими механізмами.
Для перевірки надійності системи команда провела понад один мільярд експериментів протягом дев’яти годин. Отримані дані обробили спеціальним алгоритмом, створеним дослідниками, який дав змогу виділити послідовність чисел із максимальною випадковістю.
За словами Реннера, технічні вдосконалення дозволили вперше отримати випадкові числа, які залишатимуться непередбачуваними незалежно від того, які методи аналізу застосовуватимуться в майбутньому.
Значення цієї роботи виходить далеко за межі фундаментальної науки. Системи шифрування, цифрові ключі, паролі та механізми автентифікації залежать від якості випадкових чисел, які використовуються під час їх створення.
Історія вже знає випадки, коли недоліки генераторів випадковості ставали причиною серйозних проблем із безпекою. Серед таких прикладів дослідники згадують вразливість у клієнті PuTTY, виявлену у 2024 році, а також помилку в процесорах AMD Zen 5, про яку стало відомо у 2025 році.
На думку авторів роботи, нова технологія не покладається на довіру до обладнання, оскільки її надійність гарантують самі закони квантової фізики. У перспективі такі системи можуть стати еталонним джерелом випадковості для лотерей, блокчейн-платформ, державних систем шифрування та захищених мереж зв’язку.
Результати дослідження опубліковано в науковому журналі Nature.