Случайность — один из самых недооценённых ресурсов цифровой эпохи

Случайность — один из самых недооценённых ресурсов цифровой эпохи. Без неё невозможно представить современную криптографию, системы аутентификации, лотереи, научное моделирование и даже блокчейн. Но вот парадокс: всё, что мы привыкли называть случайностью, на деле почти всегда — результат строго детерминированных алгоритмов. Обычный генератор случайных чисел в вашем компьютере — это не более чем математическая формула, которая при известном начальном состоянии выдаёт полностью предсказуемую последовательность. Такой подход уязвим: если злоумышленник узнает зерно генератора или подберёт ключ, он сможет воспроизвести всю «случайную» последовательность и взломать защиту.

Физики из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich) пошли дальше. Они задались вопросом: можно ли получить случайность, которая будет гарантированно непредсказуемой даже для самого могущественного наблюдателя? Ответ — да, если использовать квантовую механику. В квантовом мире существует фундаментальная неопределённость: состояние частицы до измерения не определено однозначно, а результат измерения принципиально вероятностен. Однако просто использовать квантовый источник недостаточно — нужно ещё доказать, что полученные числа действительно случайны, а не подчинены скрытой закономерности, которую мог бы предсказать злоумышленник.

Именно эту задачу решила группа под руководством Ренато Реннера и Андреаса Вальраффа. Они построили экспериментальную установку, в которой два сверхпроводящих кубита были запутаны друг с другом и разнесены на расстояние 30 метров. Такое расстояние критически важно: оно исключает возможность того, что информация о состоянии одного кубита передаётся другому со скоростью, меньшей скорости света, то есть закрывает так называемую «лазейку локальности». Для проверки истинной случайности исследователи использовали тест Белла — математическое неравенство, которое позволяет отличить квантовую корреляцию от любой классической скрытой переменной. Если значение теста превышает классический предел (равный 2), то это однозначно доказывает наличие квантовой запутанности и, следовательно, принципиальной непредсказуемости.

В эксперименте было проведено более 1,34 миллиарда испытаний, и полученное значение CHSH-неравенства значительно превысило классический предел, достигнув величины 2,073. Это чуть выше границы, но достаточно для статистически значимого результата. Главное достижение — не само превышение, а то, что на основе этих измерений удалось сгенерировать последовательность случайных битов, которая прошла сертификацию как истинно случайная. Причём случайность была «усилена»: даже если исходный источник шума имел некоторые слабые корреляции или смещения, процедура постобработки, основанная на квантовой теории, позволила получить идеально равномерное распределение битов. Это называется «независимое от устройства усиление случайности» (device-independent randomness expansion). Впервые этот протокол был реализован на практике с такой высокой скоростью и качеством.

Почему это важно? В криптографии безопасность часто опирается на предположение, что у противника нет доступа к источнику случайности. Если же случайность генерируется детерминированно, её можно предсказать. Квантовый генератор случайных чисел, сертифицированный тестом Белла, не зависит от устройства — даже если злоумышленник контролирует само оборудование, он не сможет предсказать результаты измерений, потому что они определяются фундаментальными законами квантовой механики. Это открывает путь к созданию абсолютно защищённых квантовых коммуникаций, где ключи шифрования невозможно подобрать или вычислить.

Работа опубликована в журнале Nature 27 мая 2026 года. Авторы отмечают, что их установка пока далека от коммерческого применения, но она демонстрирует принципиальную возможность. Дальнейшее развитие технологии позволит увеличить скорость генерации и снизить требования к оборудованию. Возможно, в будущем каждый смартфон сможет содержать миниатюрный квантовый чип, который будет выдавать по-настоящему случайные числа, защищённые самой природой.

А как вы думаете, сможет ли квантовая случайность полностью вытеснить классические генераторы в массовых устройствах, или останутся области, где детерминированная псевдослучайность окажется предпочтительнее из-за простоты и скорости?

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: