Швейцарским учёным удалось получить по-настоящему случайные числа за счёт квантовым эффектам

Швейцарские учёные после 10 лет работы над проектом с бюджетом в 12 миллионов долларов смогли достичь идеальной случайности.

Случайные числа стоят на страже цифровой информации, обеспечивая работу систем шифрования с открытыми и закрытыми ключами. Компьютеры могут в достаточной степени неплохо приблизиться к истинной случайности, но процесс получения случайных чисел, хоть и может быть сложным и трудным для разгадки, всё же не бывает по-настоящему случайным. Злонамеренные хакеры могут попытаться, и пытаются, использовать математику для поиска в зашифрованных системах признаков слабой случайности, что может дать им доступ к закрытым ключам.

Швейцарская группа попыталась решить эту проблему с помощью процесса, называемого усилением случайности, который берёт случайные числа низкого качества и усиливает их с помощью квантовой физики. Опубликованный результат — это случайные числа, которые являются «фактически идеальными», — сказал д-р Митчелл, не входивший в состав швейцарской команды.

Получившаяся статья «представляет собой наиболее убедительную на сегодняшний день демонстрацию того, что высококачественную случайность можно получить из квантовых процессов», — сказал Роджер Колбек, профессор теории квантовой информации в Королевском колледже Лондона и пионер в области квантовой случайности.

Швейцарский инициатива, проводившийся в университете ETH Zurich, потребовал использования двух соединённых между собой холодильников, работающих при температуре чуть выше абсолютного нуля — 15 милликельвинов, что примерно в 180 раз холоднее, чем в глубоком космосе. Эти криостаты, как их называют, охлаждали сверхпроводящие цепи, называемые кубитами, которые ведут себя в соответствии с квантовой механикой.

Ключевой инновацией нового эксперимента стало создание между двумя кубитами тесной связи, известной как запутанность, которая возможна только в квантовых условиях. «Прорыв заключается в том, что мы создаём запутанность в достаточной степени высокого качества и с в достаточной степени высокой скоростью, так что с её помощью фактически возможно генерировать случайные числа», — сказал Андреас Валлрафф, физик и соавтор швейцарской статьи.

В течение девяти часов исследователи использовали свою экспериментальную установку для измерения запутанных кубитов 1,34 миллиарда раз. Используя результаты этих квантовых измерений, алгоритм-экстрактор затем преобразовал 5,4 миллиарда битов, полученных от некоторое количество менее сложного генератора случайных чисел, в 45 миллионов битов крайне высокого качества.

«В криптографии, каким бы параноиком вы себя ни считали, вы всё равно нев достаточной степени параноичны», — сказал доктор Шалм. Поддерживая эту мысль, доктор Митчелл отметил, что швейцарская команда «смогла сгенерировать случайность, которой может доверять даже самый параноидальный потребитель».

В 2010 году защита игровой платформы PlayStation 3 была взломана хакерами, которые обнаружили, что Sony повторно использовала свои случайные числа. В ходе атаки 2023 года, известной как Milk Sad, хакеры воспользовались генерацией слабых закрытых ключей инструментом для работы с криптовалютой Libbitcoin Explorer. Они похитили 900 000 долларов.

«Если взять самый чистый источник случайности, который только можно найти, — сказал д-р Валлрафф, — эту проблему можно решить».