Одна из самых сложных задач в физике — это генерация истинной, доказуемо непредсказуемой случайности.
Это потому, что невозможно определить случайность, основываясь только на результатах.
На игральных костях могут быть зазубрины и дефекты, влияющие на результат броска.
Генераторы случайных чисел на компьютере обычно работают на основе алгоритмов.
Даже подбрасывание монеты подчиняется физическим силам, которые теоретически можно предсказать.
Сложность заключается не в генерации чисел, которые кажутся случайными, а в том, чтобы показать, что никто не мог предсказать результат – что система не подвержена скрытым, едва уловимым правилам или предвзятости.
Теперь группа физиков из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе преодолела эту проблему, используя одно из самых странных явлений в квантовой механике: квантовую запутанность.
«Полученная последовательность нулей и единиц теперь действительно совершенно случайна, и мы даже можем это подтвердить», — говорит физик Ренато Реннер из Цюрихского технологического института.
Случайность имеет решающее значение для современной безопасности.
Это ключевая особенность, которая делает пароли, коды аутентификации и ключи шифрования более сложными для подбора.
Именно поэтому генераторы паролей выдают бессмысленную последовательность перемешанных символов, а не что-то вроде YourFirstPet123.
Но на кону стоит гораздо больше, чем просто пароль от Flickr, — речь идет о международной безопасности.
К недавним примерам уязвимостей в системе безопасности относится уязвимость PuTTY 2024 года, в которой один из самых распространенных в мире SSH-клиентов имел недостаток в генерации случайных чисел для криптографических подписей.
И не забудьте про ошибку RDSEED в AMD Zen 5 2025 года, из-за которой инструкция аппаратного генерации случайных чисел выдавала предсказуемые значения, но при этом ложно сообщала об успехе.
Kulikov et al., Nature, 2026)’ src=»https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/77Jy3B8dlayisz_ZTt.9cQ—/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MDtoPTExMzA7Y2Y9d2VicA—/https://media.zenfs.com/en/sciencealert_160/7458caf39ef3ba559cd31f9f82ba7ee3″> График, показывающий, как более ранние эксперименты по тесту Белла не достигли порога, необходимого для усиления случайности, в то время как эксперимент в Цюрихском политехническом институте наконец-то перешел в режим, где стала возможна гарантированно идеальная случайность. (Куликов и др., Nature , 2026)
Предыдущие квантовые генераторы случайных чисел могли выдавать результаты в высокой степени случайности, но они по-прежнему зависели от надежного оборудования и абсолютно случайных начальных условий.
Вместо этого команда из ETH Zurich продемонстрировала так называемое усиление случайности, намеренно начав с несовершенной случайности — взяв случайность, которая может содержать незначительные недостатки или искажения, и преобразовав ее в случайность, которую можно с уверенностью назвать совершенно непредсказуемой.
«Что особенно важно, — пишут они в своей статье, — было доказано, что усиление случайности невозможно чисто классическими методами».
В результате получается система, способная генерировать гарантированно идеальную случайность, даже если исходные данные являются ошибочными или несовершенными.
См. также: Впервые кристаллы были использованы для генерации по-настоящему случайных чисел
Кроме того, это не зависит от устройства, а значит, случайность не зависит от доверия к самому оборудованию, а от квантового поведения, наблюдаемого в эксперименте.
В долгосрочной перспективе, по словам исследователей, их система сможет выполнять ту же функцию, что и атомные часы для измерения времени — физически подтвержденный источник случайности, относительно которого можно измерять и устанавливать другие случайные величины.
«Технические усовершенствования позволили нам впервые создать случайные числа, которые останутся абсолютно случайными на протяжении всей вечности – независимо от того, какие аналитические методы используются для оценки их случайности», – говорит Реннер.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Статьи ScienceAlert пишутся, проверяются на достоверность и редактируются людьми, никогда не создаются искусственным интеллектом. Не пропустите ни одной статьи, подпишитесь здесь.
Новости по теме
-
Ученые решили «невозможную» квантовую загадку с помощью персонального компьютера.
-
Как объясняет Wild Paper, пространственно-временные «кристаллы» могут коллапсировать в крошечные черные дыры.
-
Ученые обнаружили атомную причину, по которой золото не ржавеет.