Náhodu využívají počítače, internetové služby při zabezpečení komunikace, bankovní systémy i loterie při losování výherních čísel.
Existuje ale jeden zásadní problém – skutečná náhoda je mnohem vzácnější, než by se mohlo zdát. Tým fyziků ze švýcarské ETH Zurich nyní oznámil průlom, který může změnit způsob, jakým chápeme generování náhodných čísel. V experimentu, který nemá ve světě obdoby, se jim podařilo vytvořit systém produkující takzvanou „dokonalou náhodnost“. Pokud se jejich metoda prosadí v praxi, může výrazně posílit bezpečnost digitálního světa a stát se základem nové generace kryptografických technologií.
Proč je náhoda tak důležitá?
Na první pohled se může zdát, že vytvořit náhodné číslo není nic složitého. Ve skutečnosti však většina počítačů používá takzvané pseudonáhodné generátory. Ty vytvářejí sekvence čísel, které vypadají náhodně, ale ve skutečnosti vznikají podle přesně definovaných matematických pravidel. Pokud by někdo dokázal odhalit použitý algoritmus nebo jeho počáteční nastavení, mohl by budoucí výsledky předvídat. To představuje zásadní problém zejména v oblasti kryptografie, kde je nepředvídatelnost klíčem k bezpečnosti.
Moderní systémy proto často využívají fyzikální jevy, například šum v elektronických obvodech nebo chování fotonů. Ani tyto metody však nejsou zcela bezchybné. Drobné odchylky a statistické zkreslení mohou způsobit, že některé hodnoty vznikají o něco častěji než jiné. Zde přichází na scénu kvantová fyzika.
Kvantové provázání jako zdroj absolutní nepředvídatelnosti
Výzkumníci vedení profesory Renatem Rennerem a Andreasem Wallraffem využili jeden z nejzáhadnějších jevů moderní fyziky – kvantové provázání. Albert Einstein tento fenomén kdysi označil za „strašidelné působení na dálku“. Jde o stav, kdy dvě částice zůstávají propojené bez ohledu na vzdálenost. Změření jedné z nich okamžitě ovlivní vlastnosti druhé, což dlouhá desetiletí fascinovalo i znepokojovalo fyziky po celém světě.
V novém experimentu byly použity dva supravodivé kvantové čipy fungující jako qubity – základní stavební prvky kvantových počítačů. Tyto čipy byly ochlazeny na teploty jen nepatrně vyšší než absolutní nula, tedy přibližně -273 °C. Oba qubity byly propojeny třicet metrů dlouhým podchlazeným vedením, kterým mohly putovat mikrovlnné fotony. Díky tomu vzniklo stabilní kvantové provázání.
Vzdálenost mezi qubity přitom nebyla zvolena náhodně. Vědci chtěli zajistit, aby mezi jednotlivými měřeními nemohl putovat žádný klasický signál, a to ani rychlostí světla. Tím odstranili možnost, že by výsledky mohly být ovlivněny běžnou komunikací mezi zařízeními.
Jak vzniká dokonalá náhodnost
Experiment nezačínal dokonalým systémem. Vědci použili běžný generátor náhodných čísel, který sám o sobě obsahoval určitou míru nepřesnosti. Ten sloužil k výběru způsobu měření kvantových stavů. Po provedení měření následoval speciální proces označovaný jako zesílení náhodnosti. Výsledkem bylo odstranění případných zkreslení a vytvoření sekvence nul a jedniček, jejíž náhodnost lze matematicky certifikovat.
To je zásadní rozdíl oproti běžným metodám. U klasických generátorů lze pouze statisticky ověřovat, zda se čísla chovají náhodně. V případě nové technologie lze na základě zákonů kvantové fyziky přímo dokázat, že výsledná data jsou skutečně nepředvídatelná. Jinými slovy – nejde jen o čísla, která vypadají náhodně. Jde o čísla, u nichž lze prokázat, že žádný skrytý vzorec neexistuje.
Bezpečnější internet budoucnosti
Význam tohoto objevu daleko přesahuje laboratoře kvantových fyziků. Dokonalá náhodnost by mohla zásadně posílit zabezpečení digitální komunikace. Potenciální využití zahrnuje šifrování citlivých dat, ochranu digitálních identit, bezpečné bankovní transakce, blockchainové technologie i systémy elektronického hlasování. Své místo by mohla najít také v loteriích nebo online hrách, kde je důvěryhodná náhodnost naprostou nutností.
Samotní autoři výzkumu přirovnávají svůj úspěch k atomovým hodinám. Stejně jako atomové hodiny představují nejpřesnější standard pro měření času, mohla by se kvantová náhodnost stát novým referenčním standardem pro generování náhodných čísel.
autor: Zuzana P.
foto: Unsplash
Štítky: čísla, data, fyzika, generátor, náhoda, věda
Sdílet na Facebooku
