Ένας κβαντικός υπολογιστής χρησιμοποίησε για πρώτη φορά περιπλεγμένα qubits για να δημιουργήσει έναν αριθμό που πιστοποιείται ως πραγματικά τυχαίος, αποδεικνύοντας μια έννοια που είναι αδύνατη για τον πιο ισχυρό κλασικό υπερυπολογιστή.
Ερευνητές από τις ΗΠΑ και το Ηνωμένο Βασίλειο επαναχρησιμοποίησαν υφιστάμενα πειράματα κβαντικής υπεροχής στον υπολογιστή Quantinuum των 56 qubit για να παράγουν ένα εντελώς τυχαίο αποτέλεσμα. Αυτό ήταν ένας αριθμός τόσο τυχαίος, που καμία Φυσική δεν θα μπορούσε να τον προβλέψει.
Η κβαντική τεχνολογία καθίσταται κρίσιμη για την ασφαλή ηλεκτρονική επικοινωνία, καθώς αυξάνονται οι απειλές για την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο. Ο Rajeeb Hazra, πρόεδρος και CEO της Quantinuum, αναφέρει ότι πρόκειται για «ένα κομβικό ορόσημο που φέρνει την κβαντική πληροφορική σταθερά στη σφαίρα των πρακτικών, πραγματικών εφαρμογών».
Πριν από αρκετά χρόνια, οι επιστήμονες πληροφορικής Scott Aaronson και Shih-Han Hung του University of Texas Austin πρότειναν έναν τρόπο για τη δημιουργία πιστοποιημένων τυχαίων bits με βάση τη δειγματοληψία τυχαίων κυκλωμάτων – μια μέθοδο για τον έλεγχο της ικανότητας μιας συσκευής να αποσπάσει όσο το δυνατόν περισσότερη κβαντική μαγεία από τα qubits της με το λιγότερο δυνατό κλασικό χειρισμό.
«Όταν πρότεινα για πρώτη φορά το πρωτόκολλο πιστοποιημένης τυχαιότητας το 2018, δεν είχα ιδέα πόσο καιρό θα χρειαζόταν να περιμένω για να δω μια πειραματική επίδειξή του», λέει ο Aaronson. «Η αξιοποίηση του αρχικού πρωτοκόλλου και η υλοποίησή του είναι ένα πρώτο βήμα προς τη χρήση κβαντικών υπολογιστών για τη δημιουργία πιστοποιημένων τυχαίων bits για πραγματικές κρυπτογραφικές εφαρμογές».
Όταν ρίχνουμε ζάρια, διαλέγουμε μια κάρτα ή σκεφτόμαστε έναν αριθμό μεταξύ ενός και ενός δισεκατομμυρίου, οι ενέργειές μας είναι ένας συνδυασμός αμέτρητων κανόνων, καθένας από τους οποίους είναι τόσο θεμελιωδώς αξιόπιστος και προβλέψιμος όσο η ταλάντωση ενός εκκρεμούς. Ακόμα και χαοτικά φαινόμενα όπως ο στροβιλισμός του κεριού σε έναν τοίχο από λάμπες λάβας είναι – θεωρητικά – προορισμένα από τη Θερμοδυναμική.
Όσο πολύπλοκος και αν φαίνεται αυτός ο ιστός κανόνων, το γεγονός ότι καθένας από αυτούς είναι προκαθορισμένος να έχει ένα και μοναδικό αποτέλεσμα από τη Φυσική αφήνει περιθώρια για μοτίβα που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν από έναν αρκετά έξυπνο υπολογιστή. Κάτι που δεν είναι αυτό που θέλετε όταν προτιμάτε οι κρυπτογραφήσεις σας να είναι αδύνατο να σπάσουν.
Η Κβαντική Φυσική παίζει με διαφορετικούς κανόνες, με τη δική της ενσωματωμένη γεννήτρια τυχαίων αριθμών που καθορίζει τις ιδιότητες ενός σωματιδίου. Απ’ όσο γνωρίζουμε, δεν υπάρχουν κρυφές χορδές σε κοντινή απόσταση που ένας υπερυπολογιστής θα μπορούσε έξυπνα να αντισταθμίσει τα στοιχήματά του.
Συνδέοντας τις τύχες 56 «κβαντικών ζαριών» και χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο των Aaronson και Hung για να ελαχιστοποιηθεί η εισβολή της Κλασικής Φυσικής, η ομάδα ανάγκασε τη συσκευή Quantinuum να λύσει μια σειρά προβλημάτων που στηρίζονταν στη διαδικασία τυχαίας επιλογής της.
Για να βεβαιωθούν ότι το τελικό αποτέλεσμα χαρακτηρίστηκε ως κατάλληλα τυχαίο, οι ερευνητές επαλήθευσαν το αποτέλεσμα σε πολλούς υπερυπολογιστές χρησιμοποιώντας ένα τυποποιημένο πρωτόκολλο αναφοράς που συγκρίνει τα αποτελέσματα του κβαντικού server με τα θεωρητικά ιδανικά.
Με συνδυασμένες επιδόσεις άνω του 1.1 exaflops, οι υπολογιστές έδωσαν στη διαδικασία βαθμολογία που ξεπερνάει εύκολα το κριτήριο αναφοράς για πραγματική τυχαιότητα. Το αποτέλεσμα αυτό δεν άφησε καμία αμφιβολία ότι η λύση δεν περιείχε κενά που θα μπορούσε να βρει και να ξεδιαλύνει μια τράπεζα προηγμένων υπερυπολογιστών, αν της δινόταν αρκετός χρόνος.
Η χρήση της κβαντικής αβεβαιότητας για τη δημιουργία τυχαίων bits δεν είναι κάτι καινούργιο από μόνη της. Ωστόσο, αποκτώντας πρόσβαση στον πρόσφατα αναβαθμισμένο κβαντικό υπολογιστή System Model H2 της Quantinuum μέσω του διαδικτύου για να εκτελέσει το έργο, η ομάδα απέδειξε ότι το απόλυτο παιχνίδι «διάλεξε έναν αριθμό» θα μπορούσε σύντομα να παιχτεί από οποιονδήποτε σε όλο τον κόσμο.
Η εφαρμογή της πιστοποιημένης κβαντικής τυχαιότητας δεν αποδεικνύει μόνο την απαράμιλλη απόδοση της τεχνολογίας μας παγιδευμένων ιόντων, αλλά θέτει ένα νέο πρότυπο για την παροχή ισχυρής κβαντικής ασφάλειας και τη δυνατότητα προηγμένων προσομοιώσεων σε βιομηχανίες όπως τα χρηματοοικονομικά, η μεταποίηση και όχι μόνο.
[via]
