Súčasné počítače totiž nedokážu vygenerovať skutočnú náhodu. Švajčiarskym vedcom z ETH Zürich sa však podaril historický husársky kúsok. Pomocou podchladených kvantových čipov vytvorili prvé preukázateľne certifikované, dokonale náhodné čísla. Tento objav mení pravidlá kybernetickej bezpečnosti raz a navždy.
V kryptografii platí kruté pravidlo: aj tá najsilnejšia šifra na svete je úplne zbytočná, ak je vygenerovaná na základe dát, ktoré sa dajú predvídať. Bežné generátory náhodných čísel (aj tie v najvýkonnejších serveroch) v skutočnosti používajú matematické rovnice. Vykazujú drobné systematické odchýlky, čo znamená, že ich správanie sa dá s dostatočným výpočtovým výkonom spätne odhaliť.
Tím švajčiarskych fyzikov pod vedením Renata Rennera a Andreasa Wallraffa tento problém po desiatich rokoch výskumu eliminoval. Využili na to najbizarnejšie zákony kvantovej fyziky.
Trubica absolútneho chladu a previazané častice
Základom tohto revolučného experimentu sú dva supravodivé kvantové čipy. Vedci ich museli schladiť na teplotu tesne nad absolútnou nulou (približne -273°C a prepojili ich masívnou, 30 metrov dlhou chladenou trubicou.
V oboch čipoch následne vytvorili takzvané previazané kvantové bity (qubity). Kvantové previazanie je fascinujúci jav:
- Medzi čipmi putujú mikrovlnné fotóny, ktoré qubity navzájom prepoja.
- Akonáhle zmeriate stav jedného qubitu, okamžite tým ovplyvníte výsledok druhého, hoci sú od seba fyzicky oddelené.
- Vzdialenosť 30 metrov bola zvolená zámerne. Zaručuje, že počas extrémne rýchleho merania medzi sebou čipy nestihnú komunikovať žiadnym fyzikálnym spôsobom – a to ani rýchlosťou svetla.
Aby vedci dokázali, že systém nefunguje na základe skrytých pravidiel klasickej fyziky, vykonali počas deviatich hodín viac ako 1,5 miliardy takzvaných Bellových testov. Výsledok? Správanie čipov bolo absolútne nepredvídateľné.
Algoritmus, ktorý vyžmýkal čistú náhodu
Švajčiari navyše zvolili geniálny postup nazvaný randomness amplification (zosilnenie náhodnosti). Ako vstupný materiál zámerne použili nedokonalý, mierne predvídateľný zdroj náhodnosti. Špeciálny kvantový algoritmus však dokázal tieto odchýlky odfiltrovať a zo systému „vyžmýkal“ čistú, stopercentnú náhodu.
Výsledkom je neprerušiteľná sekvencia núl a jednotiek, ktorej absolútnu náhodnosť je možné matematicky aj fyzikálne certifikovať priamo z nameraných dát. To znamená takzvanú hardvérovú nezávislosť – nemusíte veriť stroju, ktorý čísla vyrobil, pretože čistotu náhody dokazujú samotné výsledné dáta.
„Výsledné sekvencie sú naozaj naprosto náhodné a môžeme to aj certifikovať,“ potvrdzuje Renato Renner. Podľa jeho slov zostanú tieto čísla dokonale náhodné navždy. Neexistuje žiadna budúca superinteligentná AI ani kvantový počítač, ktorý by v nich dokázal nájsť akýkoľvek vzorec alebo systém. Celý tento výskum trval dekádu a stál 12 miliónov dolárov.
Budúcnosť ako podľa atomových hodín
Umelá inteligencia ani klasické čipy nedokážu vytvoriť dokonale náhodný jav, pretože sú zo svojej podstaty logické a deterministické. Nový systém z Zürichu by preto mohol v budúcnosti plniť rovnakú úlohu, akú majú dnes atomové hodiny.
Zatiaľ čo atomové hodiny slúžia celému svetu ako celosvetový garant presného času, tento kvantový systém by mohol slúžiť ako globálny, fyzikálne certifikovaný zdroj čisté náhodnosti. Pre banky, armády a vládne organizácie by to znamenalo prechod na šifrovanie, ktoré je z princípu neprelomiteľné.
Zdroj: Nature, ETH ZURICH,Interesting Engineering, Science Alert, Scientific American
