Una macchina quantistica ha utilizzato qubit intrecciati per generare un numero certificato come veramente casuale per la prima volta, dimostrando una funzione utile che è fisicamente al di là anche del più potente supercomputer. Ricercatori degli Stati Uniti e del Regno Unito hanno riutilizzato esperimenti esistenti di supremazia quantistica sul computer a 56 qubit di Quantinuum per lanciare i dadi di Dio. Il risultato è stato un numero così casuale che nessuna quantità di fisica avrebbe potuto prevederlo. La tecnologia quantistica sta diventando critica per la comunicazione elettronica sicura man mano che aumentano le minacce alla sicurezza informatica. Il presidente e CEO di Quantinuum, Rajeeb Hazra, afferma che questo è “un traguardo fondamentale che porta il calcolo quantistico saldamente nel regno delle applicazioni pratiche e reali.”
Diversi anni fa, gli informatici dell’Università del Texas ad Austin, Scott Aaronson e Shih-Han Hung, proposero un modo per generare bit casuali certificati basati sul campionamento di circuiti casuali, un metodo per testare la capacità di un dispositivo di spremere quanta più magia quantistica possibile dai suoi qubit con il minimo intervento classico. ”Quando ho proposto per la prima volta il mio protocollo di casualità certificata nel 2018, non avevo idea di quanto avrei dovuto aspettare per vederne una dimostrazione sperimentale,” dice Aaronson. ”Costruire sul protocollo originale e realizzarlo è un primo passo verso l’uso dei computer quantistici per generare bit casuali certificati per applicazioni crittografiche reali.”
Quando lanciamo i dadi, scegliamo una carta o pensiamo a un numero tra uno e un miliardo, le nostre azioni sono una combinazione di innumerevoli regole, ciascuna fondamentalmente affidabile e prevedibile come l’oscillazione di un pendolo. Anche fenomeni caotici come il vortice di cera in una parete di lampade di lava sono, in teoria, destinati dalla termodinamica. Anche il generatore di numeri di Cloudflare ‘Lavaland’ non è veramente casuale. Per quanto complessa possa apparire questa rete di regole, il fatto che ciascuna sia predeterminata per avere un unico risultato dalla fisica lascia spazio a schemi che potrebbero essere sfruttati da un computer sufficientemente intelligente. Questo non è ciò che si desidera quando si preferisce che le proprie crittografie siano impossibili da rompere, o che il proprio paladino mezzelfo di Dungeons and Dragons abbia un punteggio di carisma veramente casuale.
La fisica quantistica gioca con un diverso insieme di regole, uno con il proprio generatore di numeri casuali incorporato che determina le proprietà di una particella. Per quanto ne sappiamo, non ci sono fili nascosti al lavoro nelle vicinanze su cui un supercomputer potrebbe astutamente scommettere. Unendo i destini di 56 ‘dadi quantistici’ e utilizzando il protocollo di Aaronson e Hung per minimizzare l’intrusione della fisica classica, il team ha costretto il dispositivo di Quantinuum a risolvere una serie di problemi che si basavano sul suo processo di selezione casuale.
Per assicurarsi che il risultato finale fosse adeguatamente casuale, i ricercatori hanno verificato il risultato su più supercomputer utilizzando un protocollo di benchmark standardizzato che confronta i risultati del server quantistico con ideali teorici. I ricercatori hanno generato sperimentalmente numeri casuali da un computer quantistico a 56 qubit e hanno utilizzato un supercomputer classico per verificarne la casualità. Con una performance combinata di oltre un milione di miliardi di operazioni al secondo (1,1 exaflops), i computer hanno dato al processo un punteggio che supera facilmente il benchmark per la vera casualità. Questo risultato non ha lasciato dubbi sul fatto che la soluzione non contenesse scappatoie che una banca di supercomputer avanzati potrebbe trovare e svelare, dato abbastanza tempo.
Utilizzare l’incertezza quantistica per generare bit casuali non è una novità in sé. Tuttavia, accedendo al computer quantistico recentemente aggiornato System Model H2 di Quantinuum via internet per svolgere il compito, il team ha dimostrato che il gioco definitivo del ‘scegli un numero’ potrebbe presto essere giocato da quasi chiunque in tutto il mondo. “La nostra applicazione della casualità quantistica certificata non solo dimostra le prestazioni ineguagliabili della nostra tecnologia a ioni intrappolati,” afferma Hazra, “ma stabilisce un nuovo standard per fornire una sicurezza quantistica robusta e abilitare simulazioni avanzate in settori come la finanza, la produzione e oltre.” Questa ricerca è stata pubblicata su Nature.