Суть квантовой генерации случайных чисел заключается в феномене квантовой запутанности. Физики из Национального института стандартов и технологий США (NIST) еще в 2018 году разработали систему, в которой пары фотонов, которые находятся в едином квантовом состоянии, посылаются в два измерительных устройства, расположенные на расстоянии около 100 метров друг от друга. Поляризация фотонов фиксируется и преобразуется в двоичные биты — нули и единицы. Уникальность этой системы заключается в том, что результат измерения поляризации абсолютно случаен, поскольку согласно квантовой механике состояние фотона определено только в момент измерения.
Особенно надежной эту технологию делает независимость процессов на обеих измерительных станциях. Направления измерений выбираются случайным образом и автономно, исключая любую координацию между точками, так как она потребовала бы передачи сигнала быстрее скорости света — что невозможно с точки зрения современной физики.
Теперь ученые пошли дальше. Команда NIST представила усовершенствованную версию своей системы, в которой каждый шаг генерации случайных чисел фиксируется с помощью технологии блокчейна. Это делает процесс абсолютно прозрачным: любой пользователь может получить доступ к открытым данным и убедиться, что в процедуру никто не вмешивался.
Существенно выросла и производительность системы. Если в 2018 году на генерацию 512 бит требовалось 10 минут, то теперь тот же объем данных создается всего за 20 секунд. Физик Кристер Шалм из NIST отмечает, что это значительный шаг вперед как в плане скорости, так и в отношении потенциального применения.
Хотя параллельно развиваются и другие подходы — например, генерация случайных чисел с помощью квантового компьютера, впервые продемонстрированная в марте другой научной группой, — система NIST остается уникальной по степени своей прозрачности и возможностям независимой проверки.
Эксперты подчеркивают, что именно возможность проверить постфактум подлинность случайного выбора делает такие системы особенно ценными. Как отмечает математик Питер Браун из парижского исследовательского центра Quriosity, в будущем подобные технологии можно будет использовать в тех случаях, где важна абсолютная беспристрастность — например, при формировании жюри присяжных или в научных испытаниях, где требуется строгая рандомизация.
Тем временем ученые создали основу для разработки энергоэффективных квантовых часов.
