باحثو ETH زيوريخ يبنون "نردًا مثاليًا" باستخدام التشابك الكمي للحصول على عشوائية مُعتمدة

ETH قام باحثون من زيوريخ بقيادة ريناتو رينر ببناء "نرد مثالي" من خلال تشابك كيوبتين مرتبطين عبر نفق بطول 30 مترًا باستخدام فوتونات الميكروويف، ثم تحسين الناتج باستخدام مستخرج من مصدرين. تُنتج هذه التجربة المنشورة في مجلة Nature أرقامًا عشوائية يتم التحقق من عدم قابلية التنبؤ بها من خلال الفيزياء، مما يشير إلى تطبيقات في التشفير والألعاب لا تستطيع المولدات الكلاسيكية محاكاتها.

داخل نفق طوله 30 مترًا في زيوريخ، تبادل كيوبتان همسات ميكروويف، فخرجت أرقام لا تستطيع أي آلة التشكيك فيها. استخدم فريق ETH في زيوريخ بقيادة ريناتو رينر التشابك ومُستخرجًا من مصدرين لإنتاج تدفق عشوائي مُعتمَد على الفيزياء، وليس على افتراضات حول الأجهزة. النتيجة تُخترق الراحة القديمة للحتمية وتُشير مباشرة إلى تطبيقات عملية مثل التشفير وأنظمة اليانصيب. نشرت في Nature، تجادل هذه الدراسة أن عدم التنبؤ ليس عيبًا في القياس، بل ميزة مُضمنة في الواقع.

يشعر الحياة اليومية بأنها متوقعة، لكن فيزياء الكم تستمر في سحب السجادة من تحت قدميك. على أصغر المقاييس، ترفض النتائج أن تُحدَّد، وهذه عدم اليقين ليست عيبًا في أدواتنا، بل هي طريقة تصرف الطبيعة. لطالما سأل العلماء إن كان يمكن استغلال هذا الفوضى غير القابلة للاختزال لإنتاج عشوائية خالصة. والباحثون في ETH زيوريخ يقولون الآن نعم، ودليلهم مذهل.

بقيادة عالم التشفير ريناتو رينر، طوّر الفريق ما يسمونه "نردًا مثاليًا"، وهو نظام يُنتج بتات لا يمكن لأحد التنبؤ بها، حتى مُنشئوه. استخدم الإعداد التشابك الكمي بين كيوبتين مرتبطين بفوتونات ميكروويف على مسافة تقارب 98 قدمًا. كانت القياسات على أحد الكيوبتين مترابطة مع الآخر، لكن النتائج الفردية ظلت غير قابلة للعلم جوهريًا.

تم معالجة النتائج الخام من هذه القياسات باستخدام "مستخرج من مصدرين"، وهي تقنية تُنقّي المدخلات العشوائية الضعيفة لتصبح مخرجات عشوائية مُثبتة. يعتمد الادعاء على الفيزياء، وليس على الثقة بداخلية الجهاز. وبعبارة أخرى، يتم اعتماد العشوائية من خلال هيكل التجربة ونظرية الكم نفسها. ظهر هذا العمل في مجلة Nature، ويعتمد على عقود من أبحاث اختبار بيل التي تستبعد المتغيرات الكلاسيكية الخفية.

يختلف هذا النهج عن المولدات النموذجية التي تعتمد على الخوارزميات أو الضوضاء البيئية الفوضوية. هنا، يتم ربط الإخراج بقوانين ميكانيكا الكم. الهدف المباشر هو التشفير، حيث يعتمد أمان المفاتيح على عدم القدرة على التنبؤ. يمكن للبنوك ومزودي السحابة ووحدات أمان الأجهزة تغذية هذه البتات المعتمدة في توليد المفاتيح، والتشغيل الآمن، والمصادقة ذات المخاطر العالية.

الألعاب واللوتريات أيضًا مرشحات واضحة، على الرغم من أن التوسع والتكلفة سيحددان الوتيرة. كما يُقدّم الباحثون النتيجة كدليل على الميزة الكمية، وهي مجال لا يمكن للآلات الكلاسيكية مجاراة الضمان فيه. بالنسبة للمطورين ومسؤولي أمن المعلومات، الرسالة العملية بسيطة: يمكن للاضطراب المدعوم بالفيزياء رفع الحد الأدنى للهياكل الأمنية التي لا تزال تعتمد على توليدات عشوائية وهمية.

بeyond الأدوات والبروتوكولات، يدفع الناتج نقاشًا طويل الأمد. إذا كانت بعض المخرجات خارجة تمامًا عن التنبؤ، فإن عدم اليقين ليس مجرد جهل، بل مُدمج في الواقع. وهذا يدعم الرؤية الاحتمالية لميكانيكا الكم ويضيّق الفراغ أمام التفسيرات المحددة الخفية. كما أنه يعيد تشكيل نماذج المخاطر: بعض عدم اليقين لا يمكن تجاهله أو تجنبه بالتوسيط، بل يجب احترامه، وكما أظهر هنا، استغلاله.