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Una secuencia aleatoria de ceros y unos. Los físicos afirman haber demostrado por primera vez la aleatoriedad perfecta, superando los errores sistemáticos inherentes a los generadores de números aleatorios existentes. | Fuente: matejmo vía Getty Images
Investigadores de la ETH Zúrich han demostrado una forma de generar "aleatoriedad perfecta" utilizando cúbits superconductores entrelazados.
Crear aleatoriedad pura es una tarea extremadamente difícil. Incluso el generador de números aleatorios convencional más sofisticado puede contener pequeñas desviaciones. Si bien en la mayoría de las situaciones cotidianas estas desviaciones son inofensivas, en criptografía, donde la seguridad de los sistemas cifrados depende de la imprevisibilidad, incluso el más mínimo patrón puede convertirse en una vulnerabilidad.
Un equipo de investigadores de la ETH Zúrich, liderado por los profesores de física Renato Renner y Andreas Wallraff, afirma haber superado esta limitación y haber creado números perfectamente aleatorios utilizando la física cuántica, lo que, según ellos, constituye el primer caso certificado de consecución de una aleatoriedad perfecta.
Acciones aleatorias de los cúbits
Los generadores de números aleatorios tradicionales suelen basarse en procesos físicos, como el comportamiento de los fotones, pero estos sistemas aún pueden presentar ligeras distorsiones y un sesgo que provoca que ciertos números aparezcan con más frecuencia que otros. El enfoque del equipo de la ETH utiliza el entrelazamiento cuántico para llevar la aleatoriedad más allá de este límite.
El experimento se basa en dos chips superconductores enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. Cada chip actúa como un cúbit, el equivalente cuántico de un bit binario. Los chips están conectados por un tubo de 30 metros de longitud, también mantenido a temperaturas ultrabajas, lo que permite que los fotones de microondas viajen entre ellos y creen entrelazamiento cuántico: un estado cuántico peculiar en el que dos partículas pueden vincularse de tal manera que la medición de una afecta instantáneamente a la otra.
Al colocar los cúbits a casi 30 metros de distancia, los investigadores se aseguraron de que incluso las señales que viajan a la velocidad de la luz no pudieran propagarse entre ellos con la suficiente rapidez como para afectar los resultados de las mediciones. En términos de física cuántica, esto ayuda a preservar la integridad del entrelazamiento y evita interferencias no deseadas que alteren la aleatoriedad.
El equipo comenzó con un generador de números aleatorios imperfecto para seleccionar una base de medición para los cúbits. Tras la medición cuántica, emplearon un algoritmo especial para aumentar la aleatoriedad de los resultados. La idea clave es que un sistema cuántico puede eliminar el sesgo de los datos de entrada y producir una secuencia de salida de ceros y unos cuya aleatoriedad está garantizada; es decir, su aleatoriedad no se asume ni se infiere a partir de pruebas estadísticas estándar.
Andreas Wallraff y Renato Renner junto a un cable de 30 metros que conecta dos chips cuánticos. | Foto: Kilian Kessler / ETH Zúrich
Una coincidencia práctica
Este método también reduce significativamente los costes computacionales, según declaró Renner a Live Science por correo electrónico.
«Nuestro método es verdaderamente neutro desde el punto de vista computacional», afirmó Renner, «ya que toda la aleatoriedad se genera midiendo bits cuánticos. En este sentido, el coste computacional de nuestro enfoque es insignificante en comparación con el de los generadores de números pseudoaleatorios».
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Los investigadores sostienen que los resultados obtenidos siguen siendo ideales para todos los fines prácticos y analíticos, independientemente de cómo los métodos futuros intenten evaluarlos.
Las implicaciones prácticas son significativas. El equipo de la ETH compara este logro con un reloj atómico para medir el tiempo: una referencia físicamente fiable en la que otros sistemas pueden confiar. Entre las posibles aplicaciones futuras se incluyen el cifrado de mensajes, la identidad digital, los sistemas de lotería y la tecnología blockchain.
Renner afirmó que su trabajo será de gran utilidad en arquitecturas de red. "Nuestro experimento será de mayor utilidad en redes donde cada nodo tiene acceso a un 'servidor' que implementa un generador de números aleatorios".