Именно случайные числа лежат в основе шифрования, цифровых ключей, паролей и аутентификации. Проблема в том, что обычные генераторы случайных чисел в конечном итоге опираются на алгоритмы или физические процессы, в которых могут существовать скрытые закономерности.
Группа швейцарских физиков продемонстрировала способ получения случайных чисел, непредсказуемость которых связана с фундаментальными законами квантовой физики.
- Почему обычная случайность может быть предсказуемой
На первый взгляд, достаточно бросить монету или кубик, чтобы получить случайный результат. Однако с точки зрения физики всё гораздо сложнее.
Если бы мы знали абсолютно все параметры броска монеты, в частности силу удара, скорость вращения, положение в воздухе и даже влияние окружающей среды, результат теоретически можно было бы предсказать.
Даже сама монета не является идеально нейтральной. Крошечные неровности поверхности могут создавать незначительное смещение в пользу одного из результатов.
Подобная проблема существует в компьютерах. Программный генератор случайных чисел работает по определенному алгоритму. Если кто-то получит достаточно информации о его работе или начальном состоянии, последовательность в принципе можно попытаться воспроизвести.
- Учёные использовали квантовые чипы
Команда профессора Ренато Реннера из ETH Zurich совместно с профессором Андреасом Вальраффом создала систему из двух сверхпроводящих квантовых чипов.
Их расположили на расстоянии примерно 30 метров друг от друга и соединили специально охлаждённой трубкой, через которую передавались микроволновые фотоны.
Оба чипа работали при температурах, близких к абсолютному нулю. В системе они выполняли роль кубитов — квантовых аналогов обычных битов.
В отличие от классического бита, кубит благодаря суперпозиции может находиться в квантовой комбинации нескольких состояний.
- Главный секрет — квантовая запутанность
Исследователи использовали явление квантовой запутанности. Состояния двух кубитов становятся взаимосвязанными, даже когда они находятся на значительном расстоянии друг от друга.
Важно, что во время эксперимента расстояние в 30 метров между устройствами помогло исключить возможность обычного обмена информацией между ними в момент измерения.
Затем физики применили усовершенствованную версию теста Белла. Он позволяет проверить, можно ли объяснить полученные корреляции классическими скрытыми механизмами.
В данном случае результаты показали настолько сильные квантовые корреляции, что их невозможно объяснить обычной классической моделью.
Именно это стало основой для усиления случайности.
- Более миллиарда экспериментов
Чтобы проверить систему, команда провела более одного миллиарда экспериментов в течение девяти часов.
После этого специальный алгоритм обработал полученные данные и выделил последовательность чисел с максимально возможной случайностью.
По словам Ренато Реннера, технические усовершенствования позволили получить числа, непредсказуемость которых не зависит от того, какие методы анализа могут быть применены к ним в будущем.
Почему это важно для цифровой безопасности
- Случайные числа используются во многих системах, которые мы ежедневно не замечаем:
- при создании криптографических ключей;
- для шифрования данных;
- при аутентификации;
- в защищённых сетях;
- в блокчейн-системах.
Если генератор случайных чисел имеет уязвимость, злоумышленник потенциально может использовать закономерность для восстановления части защищаемой информации.
Такие проблемы уже возникали. Среди примеров исследователи упоминают уязвимость в клиенте PuTTY, обнаруженную в 2024 году, и ошибку в процессорах AMD Zen 5, о которой стало известно в 2025 году.
Новая система работает по другому принципу: её надёжность связана с проверяемыми свойствами квантовой физики, а не только с тем, что пользователь доверяет определённому генератору или его разработчикам.
В будущем подобный источник случайности потенциально можно будет использовать для государственных систем шифрования, защищенной связи, блокчейнов и других технологий, где непредсказуемые числа имеют критическое значение.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
- Мультикоптеры 19 века: французский фантаст предсказал появление промышленных дронов?
- Космическое путешествие яблони Ньютона: как легендарное дерево преодолело земное притяжение и оказалось на орбите?
- 1200-летняя тайна зубов валлаби: археологи обнаружили в Австралии необычные древние украшения