علماء الفيزياء يحققون “العشوائية الكاملة” لأول مرة على الإطلاق: ScienceAlert

أحد أصعب الأشياء التي يمكن القيام بها في الفيزياء هو توليد عشوائية حقيقية لا يمكن التنبؤ بها.

وذلك لأنه من المستحيل تحديد العشوائية بناءً على المخرجات وحدها.

قد يحتوي النرد على شقوق وعيوب تؤثر على كيفية رميه.

عادةً ما يتم تشغيل مولدات الأرقام العشوائية للكمبيوتر بواسطة الخوارزميات.

حتى تقلب العملات المعدنية تحكمها القوى المادية وهو أمر يمكن التنبؤ به من الناحية النظرية.

ولا تكمن الصعوبة في توليد أرقام تبدو عشوائية، بل في إظهار أنه لا يمكن لأحد أن يتنبأ بالنتيجة – وأن النظام لا يتأثر سرًا بقواعد أو تحيزات خفية خفية.

الآن، تمكن فريق من الفيزيائيين في ETH Zurich في سويسرا من التغلب على هذا التحدي من خلال الاستفادة من واحدة من أغرب الظواهر في ميكانيكا الكم: تشابك.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

“التسلسل الناتج من الأصفار والواحدات أصبح الآن عشوائيًا تمامًا، ويمكننا حتى أن نشهد على ذلك.” يقول الفيزيائي ريناتو رينر من ETH زيورخ.

العشوائية هي حاسمة للأمن الحديث.

إنها الميزة الأساسية التي تصنع كلمات المرور ورموز المصادقة و التشفير المفاتيح أصعب للتخمين.

هذا هو السبب وراء قيام مولدات كلمات المرور بإنتاج سلسلة من الأحرف المختلطة بلا معنى بدلاً من شيء مثل YourFirstPet123.

لكن المخاطر تمتد إلى ما هو أبعد من مجرد كلمة مرور فليكر، بل تمتد إلى الأمن الدولي.

تشمل الأمثلة الحديثة لنقاط الضعف الأمنية 2024 ثغرة المعجون، والتي تعتبر واحدة من الأكثر استخدامًا في العالم عملاء SSH كان به خلل في توليد الأرقام العشوائية لتوقيعات التشفير.

ولا تنسى خطأ 2025 AMD Zen 5 RDSEED، حيث تؤدي تعليمات الأرقام العشوائية للأجهزة إلى إنشاء قيم يمكن التنبؤ بها مع الإبلاغ عن النجاح بشكل خاطئ.

إذا لم يكن الرمز عشوائيًا تمامًا، فمن السهل على المهاجمين تخمينه.

وقال رينر لآدم كوفاتش: “إن أي جهاز إلكتروني تقليدي، مثل الهاتف أو الكمبيوتر، هو أمر حتمي تمامًا”. العلمية الأمريكية“لذلك من الصعب جدًا على الكمبيوتر أو أي جهاز إلكتروني آخر إنشاء قيمة عشوائية.”

ولمحاولة إيجاد حل لهذه المشكلة، لجأ الباحثون إلى تجربة كمومية تُعرف باسم اختبار الجرس.

لقد قاموا بإنشاء زوج من البتات الكمومية المتشابكة، أو الكيوبتات، مفصولة بمسافة 30 مترًا (98 قدمًا) وتم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

الجسيمات المتشابكة هي تلك التي تظهر، عند قياسها، أوجه تشابه لا يمكن تفسيرها بالفيزياء الكلاسيكية وحدها.

أنتجت القياسات التي تم إجراؤها على الكيوبتات ارتباطات قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن تفسيرها بقواعد مخفية عادية أو سلوك مبرمج مسبقًا.

تطلب هذا الإنجاز إجراء تحسينات تقنية كبيرة على استقرار التجربة وسرعتها، مما سمح للفريق بإجراء أكثر من مليار تجربة اختبار بيل على مدار تسع ساعات تقريبًا.

مولدات الأرقام العشوائية الكمومية السابقة يمكن أن تنتج مخرجات عشوائية للغاية، لكنها ما زالت تعتمد على أجهزة موثوقة وظروف بدء عشوائية تمامًا.

بدلاً من ذلك، أظهر فريق ETH Zurich شيئًا يسمى تضخيم العشوائية، بدءًا من عمدًا غير كامل العشوائية – أخذ العشوائية التي قد تحتوي على عيوب أو تحيزات دقيقة وتحويلها إلى عشوائية يمكن اعتبارها غير متوقعة تمامًا.

“بشكل حاسم” يكتبون في ورقتهم“لقد ثبت أن التضخيم العشوائي مستحيل بالوسائل الكلاسيكية البحتة.”

والنتيجة هي نظام قادر على توليد عشوائية مثالية بشكل موثوق، حتى عند البدء بعشوائية معيبة أو غير كاملة.

متعلق ب: تم استخدام البلورات لتوليد أرقام عشوائية حقًا لأول مرة

وهي أيضًا مستقلة عن الجهاز، مما يعني أن العشوائية لا تعتمد على الثقة في الأجهزة نفسها، ولكن على السلوك الكمي الذي لوحظ في التجربة.

على المدى الطويل، يقول الباحثون إن نظامهم يمكن أن يؤدي نفس الوظيفة التي تؤديها الساعات الذرية في ضبط الوقت، وهو مصدر معتمد فيزيائيًا للعشوائية يمكن قياس وضبط الآخرين من خلاله.

“لقد أتاحت لنا التحسينات التقنية، ولأول مرة، إنشاء أرقام عشوائية ستظل عشوائية تمامًا إلى الأبد – بغض النظر عن الأساليب التحليلية المستخدمة لتقييم عشوائيتها.” يقول رينر.

وقد تم نشر البحث في طبيعة.