قاد فريق من جامعة ETH Zurich بقيادة عالم التشفير ريناتو رينر ربط 2 كيوبت على مسافة تزيد على 30 مترًا لتوليد عشوائية مُعتمدة لا يمكن لأي آلة التنبؤ بها. استخدم الباحثون التشابك الكمي وتقنية مُستخلِص من مصدرين لإنتاج سلسلة من الأرقام مُعتمدة من الفيزياء لا من افتراضات العتاد، وقد نُشرت النتائج في Nature. يعالج التجريب تطبيقات في التشفير والألعاب والأمن عبر توفير لايقين راسخ في ميكانيكا الكم بدلًا من خوارزميات عشوائية شبه عشوائية كلاسيكية. يبني العمل على أبحاث اختبارات بيل التي تستبعد المتغيرات الكلاسيكية الخفية، ويقدّم—بحسب ما تسميه المجموعة—"نردًا مثاليًا" تبقى مخرجاته غير قابلة للمعرفة بصورة جوهرية. وتُعزّز النتيجة حجّة التفوق الكمي في أنظمة الأمان، وتُحدّي النماذج الحتمية للواقع عبر إظهار أن بعض النتائج يمكن إثبات أنها تتجاوز نطاق التنبؤ.
فريق ETH Zurich يبرهن عشوائية كميّة مُعتمدة باستخدام كيوبتات متشابكة
أجرى تجريب ETH Zurich تشابكًا بين 2 كيوبت باستخدام فوتونات ميكروية عبر نحو 98 قدمًا داخل نفق بطول 30 مترًا في زيورخ. أظهرت القياسات على كيوبت واحدة ارتباطًا بنظيرتها، لكن كانت النتائج الفردية—بحسب الفريق—غير قابلة للمعرفة بصورة جوهرية. جرى معالجة النتائج الخام من تلك القياسات باستخدام مُستخلِص من مصدرين، وهي تقنية تنقّي المدخلات العشوائية بدرجة ضعيفة إلى مخرجات عشوائية يمكن إثباتها. يقوم الادعاء على الفيزياء بدلًا من الوثوق ببواطن الجهاز، مع اعتماد العشوائية على بنية التجربة وعلى نظرية الكم نفسها. يظهر العمل في Nature ويستند إلى عقود من أبحاث اختبارات بيل التي تستبعد المتغيرات الكلاسيكية الخفية.
تطبيقات في التشفير والألعاب تنبثق من اعتصام الإنتروبيا بالفيزياء
تختلف هذه المقاربة عن مولدات نموذجية تعتمد على الخوارزميات أو الضوضاء البيئية عبر إرساء المخرجات على قوانين ميكانيكا الكم. يتمثل الهدف المباشر في التشفير، إذ يعتمد أمان المفاتيح على عدم القدرة على التنبؤ. يمكن للبنوك ومقدمي خدمات الحوسبة السحابية ووحدات الأمان العتادية إدخال هذه البتّات المُعتمدة في توليد المفاتيح والإقلاع الآمن والتحقق عالي المخاطر وفقًا للباحثين. تُعدّ الألعاب واليانصيب مرشحين، رغم أن قابلية التوسع والتكلفة ستحددان وتيرة التنفيذ. يقدّم الباحثون النتيجة بوصفها دليلًا على التفوق الكمي، وهو مجال لا يستطيع فيه الحاسوب الكلاسيكي مجاراة الضمان. وبالنسبة للمطورين وقيادات أمن المعلومات، يمكن لإنتروبيا مدعومة بالفيزياء رفع الحد الأدنى تحت بنى أمنية تعتمد على بذور شبه عشوائية.
ميكانيكا الكم تتحدى الحتمية عبر مخرجات غير قابلة للتنبؤ يمكن إثباتها
تعالج النتيجة جدلًا طويلًا في الفيزياء. إذا كانت بعض المخرجات يمكن إثبات أنها تتجاوز نطاق التنبؤ، فإن اللايقينية تكون مغروسة في صميم الواقع لا تعكس مجرد جهل. وهذا يدعم الرؤية الاحتمالية لميكانيكا الكم ويقلّص مساحة التفسيرات الحتمية الخفية وفقًا للفريق. تعيد هذه النتيجة صياغة نماذج المخاطر عبر إظهار أن بعض عدم اليقين لا يمكن التخلص منه بالتوسيط، بل يجب احترامه واستثماره.
الأسئلة الشائعة
ماذا حقق فريق ETH Zurich باستخدام كيوبتات متشابكة؟
قاد فريق ETH Zurich بقيادة ريناتو رينر ربط 2 كيوبت على مسافة 30 مترًا لتوليد عشوائية مُعتمدة باستخدام التشابك الكمي ومُستخلِص من مصدرين. تنتج المنظومة بتّات لا يمكن لأحد التنبؤ بها، مع اعتماد العشوائية على الفيزياء بدلًا من افتراضات العتاد، وقد نُشرت النتائج في Nature.
كيف تختلف العشوائية الكمية عن المولدات التقليدية للأرقام العشوائية؟
تستند العشوائية الكمية إلى قوانين ميكانيكا الكم بدلًا من الاعتماد على الخوارزميات أو الضوضاء البيئية. تستخدم مقاربة ETH Zurich كيوبتات متشابكة ومُستخلِصًا من مصدرين لإنتاج مخرجات عشوائية يمكن إثباتها، مُعتمدة من بنية التجربة ومن نظرية الكم، وبناءً على أبحاث اختبارات بيل التي تستبعد المتغيرات الكلاسيكية الخفية.
لماذا تهم العشوائية الكمية المُعتمدة في التشفير؟
توفّر العشوائية الكمية المُعتمدة قدرًا من عدم القدرة على التنبؤ لا يمكن لأي آلة تجزيمه، وهو أمر بالغ الأهمية لأمن مفاتيح التشفير. يمكن للبنوك ومقدمي خدمات السحابة ووحدات الأمان العتادية استخدام هذه البتّات المدعومة بالفيزياء لتوليد المفاتيح والإقلاع الآمن والتحقق، بما يرفع الحد الأدنى للأمان تحت بنى كانت تعتمد حاليًا على بذور شبه عشوائية.
