اعضای تیم که ژنراتور شماره تصادفی کوانتومی Curby را ایجاد کردند. از چپ به راست ، جاسپر پالفری (دانشگاه کلرادو بولدر) ، گاتهام کاووری (NIST) و کریستر شالم (NIST).
اعتبار: نیش
تصادفی فوق العاده مفید است. مردم غالباً نی را می کشند ، تاس یا سکه های تلنگر را پرتاب می کنند تا انتخاب عادلانه ای انجام دهند. اعداد تصادفی می توانند حسابرسان را قادر به انتخاب کاملاً بی طرفانه کنند. تصادفی بودن نیز در امنیت مهم است. اگر یک رمز عبور یا کد یک رشته از شماره های غیرقابل توصیف است ، ترک آن سخت تر است. امروزه بسیاری از سیستم های رمزنگاری ما از ژنراتورهای شماره تصادفی برای تولید کلیدهای ایمن استفاده می کنند.
اما چگونه می دانید که یک عدد تصادفی واقعاً تصادفی است؟ الگوریتم های رایانه ای کلاسیک فقط می توانند اعداد شبه تصادفی ایجاد کنند و شخصی با دانش کافی از الگوریتم یا سیستم می تواند آن را دستکاری کند یا شماره بعدی را پیش بینی کند. یک متخصص در خواب می تواند یک تلنگر سکه را برای تضمین نتیجه سر یا دم انجام دهد. حتی دقیق ترین تلنگر سکه می تواند تعصب داشته باشد. با مطالعه کافی ، می توان نتایج آنها را پیش بینی کرد.
کریستر شالم ، فیزیکدان در انستیتوی ملی استاندارد و فناوری (NIST) گفت: “تصادفی واقعی چیزی است که هیچ چیز در جهان نمی تواند از قبل پیش بینی کند.” حتی اگر یک ژنراتور عدد تصادفی از فرآیندهای به ظاهر تصادفی در طبیعت استفاده شود ، تأیید می شود که این اعداد واقعاً تصادفی هستند.
انیشتین معتقد بود که طبیعت تصادفی نیست ، مشهور می گوید: “خدا تاس با جهان بازی نمی کند.” دانشمندان از آن زمان ثابت کرده اند که انیشتین اشتباه کرده است. بر خلاف الگوریتم های تاس یا رایانه ، مکانیک کوانتومی ذاتاً تصادفی است. با انجام یک آزمایش کوانتومی به نام تست زنگ ، Shalm و تیمش این منبع تصادفی کوانتومی واقعی را به یک سرویس شماره تصادفی قابل ردیابی و قابل اعتبار تبدیل کرده اند. نتایج آنها به تازگی در منتشر شد ذاتبشر
شرم گفت: “اگر خدا تاس را با جهان بازی می کند ، می توانید آن را به بهترین ژنراتور شماره تصادفی که جهان اجازه می دهد تبدیل کنید.” “ما واقعاً می خواستیم این آزمایش را از آزمایشگاه خارج کنیم و آن را به یک سرویس عمومی مفید تبدیل کنیم.”
برای تحقق این امر ، محققان NIST و همکارانشان در دانشگاه کلرادو بولدر این کشور را ایجاد کردند دانشگاه کلرادو Beacon (Curby)بشر Curby اعداد تصادفی را به طور خودکار تولید می کند و روزانه آنها را از طریق یک وب سایت برای استفاده هر کسی پخش می کند.
اعتبار:
نیش
در قلب این سرویس ، آزمایش Nist-Run Bell است که نتایج واقعاً تصادفی را ارائه می دهد. این تصادفی به عنوان نوعی ماده اولیه عمل می کند که بقیه مجموعه محققان “اصلاح” را به شماره های تصادفی منتشر شده توسط Beacon می دهند.
تست زنگ جفت فوتون های “درهم تنیده” را اندازه گیری می کند که خصوصیات آنها حتی در هنگام جدا شدن با مسافت های وسیع در ارتباط است. هنگامی که محققان یک ذره فردی را اندازه گیری می کنند ، نتیجه تصادفی است ، اما خصوصیات این جفت نسبت به فیزیک کلاسیک ارتباط دارد و محققان را قادر می سازد تا تصادفی را تأیید کنند. انیشتین این غیرقانونی کوانتومی را “عمل شبح وار” خواند. “
این اولین سرویس ژنراتور شماره تصادفی است که از عدم ارتباط کوانتومی به عنوان منبع اعداد آن و شفاف ترین منبع اعداد تصادفی تا به امروز استفاده می کند. دلیل این امر این است که نتایج به میزان بیشتری قابل اعتبار و قابل ردیابی هستند.
شالم توضیح داد: “کوری یکی از اولین سرویس های در دسترس عموم است که با یک مزیت کوانتومی قابل اثبات عمل می کند. این یک نقطه عطف بزرگ برای ما است.” “کیفیت و منشأ این بیت های تصادفی می تواند مستقیماً به گونه ای تأیید شود که ژنراتورهای شماره تصادفی معمولی قادر به آن نباشند.”
NIST یکی از اولین تست های کامل بل آزمایشی را در سال 2015 انجام داد ، که کاملاً آن را مشخص کرد مکانیک کوانتومی واقعاً تصادفی استبشر در سال 2018 ، NIST پیشگام روشهای استفاده از این آزمایشات زنگ برای ساخت اولین منابع تصادفی در جهان از تصادفی واقعیبشر
با این حال ، تبدیل این همبستگی های کوانتومی به اعداد تصادفی کار سختی است. اولین تظاهرات دستیابی به موفقیت NIST از آزمایش زنگ نیاز به ماهها تنظیم برای اجرای چند ساعت داشت و زمان زیادی برای جمع آوری داده های کافی برای تولید 512 بیت تصادفی واقعی طول کشید. Shalm و تیم چند سال گذشته را صرف ساخت آزمایش را برای قوی بودن و اجرای خودکار کردند تا بتوانند تعداد تصادفی را در صورت تقاضا ارائه دهند. در 40 روز اول کار خود ، این پروتکل تعداد تصادفی 7،434 برابر از 7،454 تلاش ، میزان موفقیت 99.7 ٪ تولید کرد.
“اگر خدا تاس را با جهان بازی می کند ، می توانید آن را به بهترین ژنراتور شماره تصادفی که جهان اجازه می دهد تبدیل کنید.” – كریستر شالم ، فیزیکدان nist
این فرآیند با تولید یک جفت فوتون درگیر در داخل یک کریستال خاص غیرخطی شروع می شود. فوتون ها از طریق فیبر نوری برای جدا کردن آزمایشگاه ها در انتهای مخالف سالن حرکت می کنند. پس از رسیدن فوتون ها به آزمایشگاه ها ، قطبش آنها اندازه گیری می شود. نتایج این اندازه گیری ها واقعاً تصادفی است. این روند 250،000 بار در ثانیه تکرار می شود.
NIST میلیون ها نفر از این سکه های کوانتومی را به یک برنامه رایانه ای در دانشگاه کلرادو بولدر منتقل می کند. مراحل پردازش ویژه و پروتکل های دقیق برای تبدیل نتایج اندازه گیری کوانتومی در فوتون های درگیر به 512 بیت تصادفی کد باینری (0 و 1) استفاده می شود. نتیجه مجموعه ای از بیت های تصادفی است که هیچ کس ، حتی انیشتین ، نمی توانست پیش بینی کند. به تعبیری ، این سیستم به عنوان بهترین تلنگر سکه جهان عمل می کند.
NIST و همکاران آن توانایی ردیابی و تأیید هر مرحله در فرآیند تولید تصادفی را اضافه کردند. آنها پروتکل Twine را توسعه دادند ، مجموعه جدیدی از فن آوری های سازگار با کوانتومی که چندین موجودیت مختلف را قادر می سازد تا با هم کار کنند تا تصادفی را از آزمون زنگ تولید و تأیید کنند. پروتکل ریسمان هر مجموعه از داده ها را برای چراغ با هش نشان می دهد. هش در فناوری blockchain برای علامت گذاری مجموعه داده ها با اثر انگشت دیجیتال استفاده می شود و به شما امکان می دهد هر بلوک از داده ها شناسایی و بررسی شود.
Jasper Palfree ، دستیار تحقیق در مورد این پروژه در دانشگاه کلرادو بولدر ، توضیح داد که پروتکل ریسمان به هر کاربر اجازه می دهد تا داده های موجود در هر شماره تصادفی را تأیید کند. این پروتکل می تواند گسترش یابد تا اجازه دهد چراغهای شماره تصادفی دیگر به نمودار هش بپیوندند و شبکه ای از تصادفی را ایجاد می کنند که همه به آنها کمک می کنند اما کنترل فردی ندارند.
در هم تنیده این زنجیره های هش به عنوان یک جدول زمانی عمل می کند و داده های مربوط به چراغ را به یک ساختار داده قابل ردیابی پیوند می دهد. همچنین امنیت را فراهم می کند و به شرکت کنندگان پروتکل ریسمان اجازه می دهد تا بلافاصله دستکاری داده ها را مشاهده کنند.
Palfree افزود: “پروتکل ریسمان به ما این امکان را می دهد تا همه این چراغ های دیگر را در یک ملیله اعتماد با هم ببندیم.”
تبدیل یک مشکل پیچیده فیزیک کوانتومی به یک سرویس عمومی دقیقاً به همین دلیل است که این کار از گاتهام کاوری ، دانشجوی فارغ التحصیل این پروژه استفاده می کند. کل فرآیند منبع باز و در دسترس عموم است و به هر کسی این امکان را می دهد که نه تنها کار خود را بررسی کند ، بلکه حتی روی چراغ بسازید تا ژنراتور شماره تصادفی خود را ایجاد کند.
از Curby می توان در هر جایی استفاده کرد ، یک منبع عمومی از شماره های تصادفی ، مانند انتخاب نامزدهای هیئت منصفه ، مفید باشد ، ساخت انتخاب تصادفی برای حسابرسی یا اختصاص منابع از طریق قرعه کشی عمومی.
کاوری افزود: “من می خواستم چیزی را بسازم که مفید باشد. این چیز جالب است که حاشیه علم اساسی است.” “NIST مکانی است که شما این آزادی را برای پیگیری پروژه هایی که جاه طلب هستند اما به شما مفید می بخشد.”
مقاله: Gautam A. Kavuri و همکاران. اعداد تصادفی قابل ردیابی از یک مزیت کوانتومی غیر محلی. طبیعت منتشر شده به صورت آنلاین 11 ژوئن 2025. doi: 10.1038/S41586-025-09054-3
Source link