يحقق الفيزيائيون “العشوائية الكاملة” في تجربة كمومية خارقة
c3ASiKhyjrULgUYK9qVa5F 1920 80 jpg
أظهر الباحثون في ETH Zurich وسيلة لتوليد “العشوائية الكاملة” باستخدام الكيوبتات المتشابكة فائقة التوصيل.
إن خلق العشوائية الحقيقية أمر صعب للغاية. حتى مولد الأرقام العشوائية التقليدي الأكثر تطورًا يمكن أن يحمل تحيزات صغيرة. في حين أن هذه التحيزات غير ضارة في معظم الاستخدامات اليومية، إلا أنها التشفير– حيث يعتمد أمان الأنظمة المشفرة على عدم القدرة على التنبؤ – حتى النمط الأكثر دقة يمكن أن يصبح نقطة ضعف قابلة للاستغلال.
الفريق في ETH Zurich، بقيادة أساتذة الفيزياء ريناتو رينر و أندرياس فالرافيقولون إنهم أظهروا كيفية التغلب على هذا الخلل وإنشاء أرقام عشوائية تمامًا باستخدام فيزياء الكم، وهو معلم وصفوه بأنه أول إدراك معتمد للعشوائية الكاملة.
أعمال عشوائية من الكيوبتات
غالبًا ما تعتمد مولدات الأرقام العشوائية التقليدية على العمليات الفيزيائية، مثل سلوك الفوتون، لكن هذه الأنظمة قد تظل منحرفة قليلًا وتظهر انحيازًا يتسبب في ظهور أرقام معينة بشكل متكرر أكثر من غيرها. يستخدم نهج فريق ETH التشابك الكمي لدفع العشوائية إلى ما هو أبعد من هذا الحد.
تدور التجربة حول شريحتين فائقتي التوصيل يتم تبريدهما إلى درجات حرارة قريبة الصفر المطلق. تعمل كل شريحة بمثابة كيوبت، وهو المعادل الكمي للبت الثنائي. يتم توصيل الرقائق بواسطة أنبوب يبلغ طوله 98 قدمًا (30 مترًا) وهو أيضًا فائق التبريد، مما يسمح لفوتونات الميكروويف بالانتقال بينها وإنشاء التشابك – “حالة كمومية مخيفة حيث يمكن ربط جسيمين بحيث يؤثر قياس أحدهما على الآخر بشكل فوري.
ومن خلال إبقاء الكيوبتات على مسافة 100 قدم تقريبًا، تأكد الباحثون من أنه أثناء القياس، حتى إشارات سرعة الضوء لا يمكنها الانتقال بين الكيوبتات بسرعة كافية للتأثير على النتيجة. في لغة فيزياء الكم، يساعد ذلك في الحفاظ على سلامة التشابك ويمنع الاتصالات غير المرغوب فيها من إفساد العشوائية.
بدأ الفريق بعد ذلك بمولد أرقام عشوائية غير مثالي لاختيار أساس القياس للكيوبتات. وبعد القياس الكمي، استخدموا خوارزمية خاصة لتضخيم العشوائية في النتائج. الفكرة الأساسية هي أن النظام الكمي يمكنه تطهير المدخلات من التحيز وإنتاج تسلسل مخرجات من الأصفار والآحاد يكون عشوائيًا بشكل موثوق، مما يعني أن عشوائيته لا تُفترض فقط أو تُستدل عليها من الاختبارات الإحصائية القياسية.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
أندرياس فالراف وريناتو رينر بجوار الرابط الذي يبلغ طوله 100 قدم والذي يربط بين شريحتين كميتين.
(مصدر الصورة: كيليان كيسلر / ETH زيوريخ)
العشوائية العملية
وقال رينر لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني إن هذه الطريقة تقلل أيضًا بشكل كبير من التكلفة الحسابية.
وقال رينر: “إن طريقتنا لا تتطلب في الواقع إجراء حسابات، حيث يتم إنشاء كل العشوائية عن طريق قياس البتات الكمومية. وبهذا المعنى، فإن التكلفة الحسابية لنهجنا لا تذكر مقارنة بتكلفة مولدات الأرقام العشوائية الزائفة”.
ويرى الباحثون أن المخرجات تظل مثالية لجميع الأغراض العملية والتحليلية، بغض النظر عن الطريقة التي قد تحاول بها الأساليب المستقبلية تقييمها.
الآثار العملية كبيرة. يقارن فريق ETH التقدم بالساعة الذرية لقياس الوقت: وهي مرجع موثوق به ماديًا يمكن للأنظمة الأخرى الاعتماد عليه. وتشمل التطبيقات المحتملة المستقبلية تشفير الرسائل والهويات الرقمية وأنظمة اليانصيب وعمليات blockchain.
