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Uma sequência aleatória de zeros e uns. Físicos afirmam ter demonstrado aleatoriedade perfeita pela primeira vez, superando os erros sistemáticos inerentes aos geradores de números aleatórios existentes. | Fonte: matejmo via Getty Images
Pesquisadores da ETH Zurich demonstraram uma maneira de gerar "aleatoriedade perfeita" usando qubits supercondutores emaranhados.
Criar números verdadeiramente aleatórios é uma tarefa extremamente difícil. Mesmo o gerador de números aleatórios convencional mais sofisticado pode conter pequenas variações. Embora na maioria das situações do dia a dia essas variações sejam inofensivas, em criptografia, onde a segurança dos sistemas criptografados depende da imprevisibilidade, até o menor padrão pode se tornar uma vulnerabilidade.
Uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich, liderada pelos professores de física Renato Renner e Andreas Wallraff, afirma ter superado essa limitação e criado números perfeitamente aleatórios usando a física quântica, o que, segundo eles, é o primeiro caso comprovado de obtenção de aleatoriedade perfeita.
Ações aleatórias de qubits
Os geradores de números aleatórios tradicionais são frequentemente baseados em processos físicos, como o comportamento dos fótons, mas esses sistemas ainda podem apresentar pequenas distorções e um viés que faz com que certos números apareçam com mais frequência do que outros. A abordagem da equipe da ETH usa o emaranhamento quântico para levar a aleatoriedade além desse limite.
O experimento se baseia em dois chips supercondutores resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. Cada chip funciona como um qubit, o equivalente quântico de um bit binário. Os chips são conectados por um tubo de 30 metros de comprimento, também mantido a temperaturas ultrabaixas, permitindo que fótons de micro-ondas viajem entre eles e criem emaranhamento quântico — um estado quântico "assustador" no qual duas partículas podem ser conectadas de tal forma que a medição de uma afeta instantaneamente a outra.
Ao posicionar os qubits a quase 30 metros de distância um do outro, os pesquisadores garantiram que mesmo sinais viajando à velocidade da luz não pudessem se propagar entre os qubits com rapidez suficiente para afetar os resultados durante as medições. Em termos de física quântica, isso ajuda a preservar a integridade do emaranhamento e evita interferências indesejadas que perturbam a aleatoriedade.
A equipe então começou com um gerador de números aleatórios imperfeito para selecionar uma base de medição para os qubits. Após a medição quântica, eles usaram um algoritmo especial para aumentar a aleatoriedade dos resultados. A ideia principal é que um sistema quântico pode remover o viés dos dados de entrada e produzir uma sequência de saída de zeros e uns que é garantidamente aleatória — ou seja, sua aleatoriedade não é simplesmente assumida ou inferida a partir de testes estatísticos padrão.
Andreas Wallraff e Renato Renner ao lado de um cabo de 30 metros que conecta dois chips quânticos. | Foto: Kilian Kessler / ETH Zurich
Uma coincidência prática
O método também reduz significativamente os custos computacionais, disse Renner à Live Science por e-mail.
«"Nosso método é verdadeiramente neutro em termos computacionais", disse Renner, "já que toda a aleatoriedade é gerada pela medição de bits quânticos. Nesse sentido, o custo computacional da nossa abordagem é insignificante em comparação com o dos geradores de números pseudoaleatórios.".
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Os pesquisadores argumentam que os resultados obtidos permanecem ideais para todos os fins práticos e analíticos, independentemente de como os métodos futuros tentarem avaliá-los.
As implicações práticas são significativas. A equipe da ETH compara essa conquista a um relógio atômico para medir o tempo: uma referência fisicamente confiável na qual outros sistemas podem confiar. Possíveis aplicações futuras incluem criptografia de mensagens, identidade digital, sistemas de loteria e blockchain.
Renner afirmou que o trabalho deles será mais útil em arquiteturas de rede. "Nosso experimento será mais útil em redes onde cada nó tem acesso a um 'servidor' que implementa um gerador de números aleatórios.".