Квантова машина вперше використала заплутані кубіти для генерації числа, сертифікованого як справжньо випадкове, продемонструвавши зручну функцію, яка фізично перевищує можливості навіть найпотужніших суперкомп’ютерів.
Дослідники з США та Великобританії використали існуючі експерименти з квантовою перевагою на 56-кубітному комп’ютері Quantinuum для генерації числа, яке є настільки випадковим, що жодна кількість фізичних закономірностей не могла б його передбачити.
Квантові технології стають критично важливими для захищеного електронного зв’язку на фоні зростання загроз у кібербезпеці.
Комп’ютерний науковець Раджіб Хазра, президент і генеральний директор Quantinuum, зазначає, що це “важливий етап, який міцно вводить квантові обчислення в область практичних реальних застосувань”.
Кілька років тому науковці з Техаського університету в Остіні, Скотт Ейронсон і Ших-Хан Хунг, запропонували спосіб генерації сертифікованих випадкових бітів на основі випадкових схемних виборок — метод для перевірки здатності пристрою отримати максимальну квантову магію з кубітів з мінімальним впливом класичної фізики.
“Коли я вперше запропонував протокол сертифікованої випадковості в 2018 році, я не міг уявити, скільки часу доведеться чекати на експериментальне підтвердження цього”, — говорить Ейронсон.
“Розвиваючи оригінальний протокол, я розумію, що це перший крок до використання квантових комп’ютерів для генерації сертифікованих випадкових бітів для реальних криптографічних застосувань.”
Коли ми кидаємо кубики, вибираємо карту чи думаємо про число між одним і мільярдом, наші дії — це комбінація безлічі правил, кожне з яких настільки надійне і передбачуване, як коливання маятника. Навіть хаотичні явища, як наприклад, сплески воску в стіні лампи з лавою, теоретично підкоряються термодинаміці.
Навіть генератор випадкових чисел Cloudflare ‘Lavaland’ не є справжньо випадковим. (HaeB/Wikimedia commons/CC-BY-SA 4.0)
Як би складно не здавалося це переплетення правил, те, що вони визначені фізикою для однозначного результату, залишає простір для закономірностей, які могли б бути використані достатньо розумним комп’ютером. А це не те, що ви хочете, коли бажаєте, щоб ваші шифри було неможливо зламати або ваш напівельфійський паладин у Dungeons and Dragons мав дійсно випадковий бал хисту.
Квантова фізика працює за іншими правилами, де її власний генератор випадкових чисел визначає властивості частинок. Наскільки ми знаємо, немає прихованих ниток, якими суперкомп’ютер міг би хитрувати.
З’єднуючи долі 56 “квантових кубиків” і використовуючи протокол Ейронсона та Хунга для мінімізації втручання класичної фізики, команда змусила пристрій Quantinuum вирішити ряд задач, що залежали від його випадкових виборів.
Для перевірки, чи є результат дійсно випадковим, дослідники перевірили його на кількох суперкомп’ютерах за допомогою стандартизованого протоколу, що порівнює результати квантового сервера з теоретичними ідеалами.
Маючи комбіновану потужність більше одного мільйона трильйонів операцій на секунду (1,1 ексафлопс), комп’ютери поставили процес на рівень, який однозначно перевищує стандарт для справжньої випадковості. Цей результат залишив без сумнівів, що рішення не містить жодних прогалин, які могли б бути знайдені і вирішені за допомогою банку передових суперкомп’ютерів, навіть за достатньо багато часу.
Використання квантової невизначеності для генерації випадкових бітів не є новим, але завдяки доступу до нещодавно оновленого квантового комп’ютера System Model H2 через інтернет, команда продемонструвала, що ultimate гра у “вибір числа” може незабаром бути доступна для кожного по всьому світу.
“Наше застосування сертифікованої квантової випадковості не лише демонструє неперевершену продуктивність нашої технології з іонів, — говорить Хазра, — але й встановлює новий стандарт для забезпечення надійної квантової безпеки та можливість просунутих симуляцій у таких галузях, як фінанси, виробництво та інші.”