STVARANJE istinske, dokazivo nepredvidive nasumičnosti jedan je od najvećih izazova u fizici. Nemoguće je utvrditi je li nešto doista nasumično samo na temelju rezultata. Kockice mogu imati nesavršenosti koje utječu na bacanje, računalni generatori slijede algoritme, a čak i bacanje novčića ovisi o fizikalnim silama koje bi se teoretski mogle predvidjeti.

Ključni problem nije stvoriti brojeve koji djeluju nasumično, već dokazati da nitko nije mogao predvidjeti ishod. Sada je tim fizičara sa švicarskog sveučilišta ETH Zürich uspio svladati taj izazov koristeći se jednim od najčudnijih fenomena kvantne mehanike: kvantnom isprepletenošću, piše Science Alert.

Zašto je nasumičnost ključna za sigurnost

"Dobiveni niz nula i jedinica sada je doista savršeno nasumičan, a to možemo i potvrditi", ističe fizičar Renato Renner s ETH Züricha. Nasumičnost je temelj moderne sigurnosti jer upravo ona čini lozinke, autentifikacijske kodove i enkripcijske ključeve teškima za pogađanje. To je razlog zašto će generatori lozinki stvoriti besmislen niz znakova, a ne nešto predvidljivo.

Ulozi su, međutim, puno veći od zaštite korisničkih računa i sežu do međunarodne sigurnosti. Nedavni primjeri to potvrđuju, poput ranjivosti programa PuTTY iz 2024., gdje je jedan od najraširenijih SSH klijenata na svijetu imao grešku u stvaranju nasumičnih brojeva za kriptografske potpise.

Ne treba zaboraviti ni grešku na AMD Zen 5 procesorima iz 2025., zbog koje je hardverska instrukcija za generiranje nasumičnih brojeva stvarala predvidljive vrijednosti, lažno izvještavajući o uspjehu. Ako kod nije savršeno nasumičan, napadačima ga je lakše pogoditi.

Kvantno rješenje determinističkog problema

"Svaki konvencionalni elektronički uređaj, poput telefona ili računala, potpuno je deterministički", objasnio je Renner. "Zato je računalu ili bilo kojem drugom elektroničkom uređaju zapravo vrlo teško generirati nasumičnu vrijednost." Kako bi riješili taj problem, istraživači su se okrenuli kvantnom eksperimentu poznatom kao Bellov test.

Stvorili su par isprepletenih kvantnih bitova, ili kubita, koje su razdvojili na udaljenost od 30 metara i ohladili na temperaturu blizu apsolutne nule. Isprepletene čestice su one koje pri mjerenju pokazuju sličnosti koje se ne mogu objasniti klasičnom fizikom. Mjerenja provedena na kubitima proizvela su toliko snažne korelacije da se nisu mogle objasniti skrivenim pravilima ili unaprijed programiranim ponašanjem.

Pojačavanje nasumičnosti

Ovo postignuće zahtijevalo je značajna tehnička poboljšanja stabilnosti i brzine eksperimenta, što je timu omogućilo da provede više od milijardu Bellovih testova u otprilike devet sati. Dok su prijašnji kvantni generatori mogli proizvesti vrlo nasumične rezultate, i dalje su ovisili o pouzdanosti hardvera i savršenim početnim uvjetima.

Tim s ETH Züricha umjesto toga je demonstrirao takozvano pojačavanje nasumičnosti. Namjerno su krenuli s nesavršenom nasumičnošću te su je pretvorili u nasumičnost za koju se može potvrditi da je savršeno nepredvidiva. "Ključno je", pišu u svom radu, "da je pojačavanje nasumičnosti dokazano nemoguće isključivo klasičnim sredstvima."

Novi standard za budućnost

Rezultat je sustav sposoban generirati dokazivo savršenu nasumičnost, čak i kada se krene od manjkave ili nesavršene. Sustav je također neovisan o uređaju, što znači da nasumičnost ne ovisi o povjerenju u sam hardver, već o kvantnom ponašanju uočenom u eksperimentu.

Dugoročno, istraživači kažu da bi njihov sustav mogao imati istu funkciju koju atomski satovi imaju za mjerenje vremena - postati fizički certificirani izvor nasumičnosti prema kojem se drugi mogu mjeriti i postavljati.

"Tehnička poboljšanja omogućila su nam da po prvi put stvorimo nasumične brojeve koji će zauvijek ostati savršeno nasumični, bez obzira na to koje se analitičke metode koriste za procjenu njihove nasumičnosti", zaključuje Renner. Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.