Penyelidik ETH Zurich membina 'dadu sempurna' menggunakan keterikatan kuantum untuk rawak yang disahkan

ETH Para penyelidik dari Zurich yang dipimpin oleh Renato Renner membina “dadu sempurna” dengan mengentangkan dua qubit yang dihubungkan melalui terowong 30 meter menggunakan foton mikrogelombang, kemudian menyempurnakan output dengan penarik dua sumber. Eksperimen yang diterbitkan dalam Nature menghasilkan nombor rawak yang ketidakbolehramahanannya disahkan oleh fizik, menunjukkan aplikasi dalam kriptografi dan permainan yang tidak dapat disamai oleh penjana klasik.

Di dalam terowong 30 meter di Zurich, dua qubit bertukar bisikan mikrogelombang dan menghasilkan nombor yang tidak boleh diragui oleh sebarang mesin. Pasukan ETH Zurich yang dipimpin oleh Renato Renner menggunakan keterkaitan dan pengekstrak dua sumber untuk mencipta aliran rawak yang disahkan oleh fizik, bukan berdasarkan anggapan tentang peranti keras. Hasilnya memotong keselesaan lama determinisme sambil menunjuk langsung kepada taruhan praktikal seperti kriptografi dan sistem loteri. Dipublikasikan dalam Nature, karya ini berhujah bahawa ketidakbolehramalan bukanlah kecacatan pengukuran tetapi ciri bawaan realiti.

Kehidupan harian terasa boleh diramal, tetapi fizik kuantum terus menarik permaidani. Pada skala terkecil, kesudahan menolak untuk ditentukan, dan ketidakpastian ini bukanlah kegagalan alat kita, tetapi cara alam berfungsi. Para saintis telah lama bertanya sama ada kekacauan yang tidak boleh diubah ini boleh dimanfaatkan untuk menghasilkan rawak tulen. Penyelidik di ETH Zurich kini mengatakan ya, dan bukti mereka sangat mengejutkan.

Dipimpin oleh ahli kriptografi Renato Renner, pasukan itu membina apa yang mereka panggil “dadu sempurna”, satu sistem yang mengeluarkan bit yang tidak boleh diramal oleh siapa pun, termasuk penciptanya. Susunan itu menggunakan keterikatan kuantum antara 2 qubit yang dihubungkan oleh foton mikrogelombang sejauh kira-kira 98 kaki. Pengukuran pada satu qubit berkorelasi dengan yang lain, tetapi hasil individu tetap tidak dapat diketahui secara mendasar.

Keputusan mentah daripada pengukuran tersebut kemudian diproses dengan “pemekar dua sumber”, satu teknik yang memurnikan input yang secara lemah rawak menjadi output yang boleh dibuktikan rawak. Tuntutan ini berdasarkan fizik, bukan pada kepercayaan terhadap dalaman peranti. Dengan kata lain, rawakness disahkan oleh struktur eksperimen dan teori kuantum itu sendiri. Kajian ini muncul di Nature, dan bergantung kepada puluhan tahun penyelidikan ujian Bell yang menyingkirkan pemboleh ubah klasik tersembunyi.

Pendekatan ini berbeza daripada penjana biasa yang bergantung kepada algoritma atau kebisingan persekitaran yang kacau. Di sini, outputnya diikat kepada hukum mekanik kuantum. Sasaran terdekatnya ialah kriptografi, di mana keselamatan kunci bergantung kepada ketidakbolehramalan. Bank, penyedia awan, dan modul keselamatan peranti keras boleh mengalirkan bit bersijil ini ke dalam penghasilan kunci, boot selamat, dan autentikasi bernilai tinggi.

Gaming dan loteri juga merupakan calon yang jelas, walaupun penskalaan dan kos akan menentukan kadar. Penyelidik juga merangka hasil ini sebagai bukti keunggulan kuantum, satu domain di mana mesin klasik tidak dapat mencapai jaminan tersebut. Untuk pembangun dan CISO, mesej praktikalnya adalah mudah: entropi yang disokong fizik boleh meningkatkan dasar di bawah arsitektur keselamatan yang masih bergantung pada benih pseudo-random.

Selain alat dan protokol, hasil ini mendorong perdebatan panjang. Jika output tertentu boleh dibuktikan berada di luar ramalan, maka ketidakpastian bukan sekadar ketidaktahuan, ia tertanam dalam realiti. Ini menyokong pandangan probabilistik mekanik kuantum dan mempersempit ruang untuk penjelasan deterministik tersembunyi. Ia juga mengubah semula model risiko: beberapa ketidakpastian tidak boleh dihapuskan dengan purata, hanya dihormati dan, seperti yang ditunjukkan di sini, dimanfaatkan.