Случайность — мощный инструмент. Люди бросают жребий, подкидывают монетку или кидают кубики, чтобы принять справедливое решение.

Случайные числа помогают аудиторам делать беспристрастный выбор. Они же лежат в основе безопасности: если пароль или код — это непредсказуемая последовательность цифр, его сложнее взломать.

Современные криптографические системы используют генераторы случайных чисел для создания защищенных ключей.

Но как убедиться, что число действительно случайное? Обычные алгоритмы компьютеров генерируют лишь псевдослучайные последовательности, и тот, кто знает принцип их работы, может предугадать следующее число.

Фокусник способен подбросить монету так, чтобы выпал нужный результат. Даже самый честный бросок имеет погрешность — при достаточном анализе исход можно предсказать.

Истинная случайность — это то, что невозможно предугадать заранее, — говорит Кристер Шальм, физик из Национального института стандартов и технологий (NIST).

Даже если генератор использует природные процессы, проверить их подлинную случайность крайне сложно.

Эйнштейн считал, что природа неслучайна, заявив: «Бог не играет в кости со Вселенной». Ученые позже доказали, что он ошибался. В отличие от кубиков или алгоритмов, квантовая механика по своей сути непредсказуема. Проводя эксперимент под названием „тест Белла“, Шальм и его команда превратили эту квантовую случайность в проверяемый источник чисел.

Если Бог все-таки играет в кости, то это можно использовать как идеальный генератор случайностей, — говорит Шальм. — Мы хотели вывести эксперимент из лаборатории и сделать его полезным для всех.

Так появился CURBy — сервис, ежедневно публикующий случайные числа в открытом доступе. В его основе — тест Белла, который дает абсолютно случайные результаты.

Тест Белла — эксперимент, доказывающий, что квантовые частицы могут быть «запутаны»: изменение состояния одной мгновенно влияет на другую, даже если они находятся на расстоянии. Это явление называют „квантовой нелокальностью“.

Как это работает

1. Генерация фотонов — в кристалле создаются пары «запутанных» частиц.
2. Измерение — фотоны отправляются в разные лаборатории, где их поляризация измеряется. Результат каждого измерения непредсказуем.
3. Обработка — данные передаются в университет Колорадо, где превращаются в 512 бит случайного кода.

Это первый в мире генератор, использующий квантовую нелокальность. Его ключевое преимущество — прозрачность. Каждое число можно проверить с помощью технологии Twine, которая создает цифровой «отпечаток» данных.

CURBy — один из первых публичных сервисов с доказанным квантовым превосходством, — поясняет Шальм.

Ранние версии теста Белла требовали месяцев подготовки, но теперь система работает автономно с точностью 99,7%.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Польза исследования

• Аудит и юриспруденция — случайные выборки для проверок или жеребьевок станут абсолютно честными.
• Криптография — создание неуязвимых паролей и ключей.
• Наука — эталонный источник случайности для экспериментов.

Главный недостаток исследования — сложность масштабирования. Пока система требует дорогостоящего оборудования и работает в ограниченном режиме.

Ранее ученые разработали генератор случайных чисел для шифрования информации.