Квантова машина використовувала заплутані кубіти для генерації числа, вперше сертифікованого як справді випадкове, продемонструвавши зручну функцію, яка фізично перевершує навіть найпотужніші суперкомп'ютери.
Дослідники зі США та Великобританії переробили наявні експерименти з квантової переваги на 56-кубітовому комп'ютері Quantinuum, щоб кинути гральні кістки. Результатом стало число настільки випадкове, що ніяка фізика не могла б передбачити його. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.
Квантова технологія стає критично важливою для безпечного електронного зв'язку зі зростанням загроз кібербезпеці.
Вчений-комп'ютерщик Раджиб Хазра, президент і генеральний директор Quantinuum, каже, що це «найважливіша віха, яка міцно виводить квантові обчислення у сферу практичних додатків у реальному світі».
Кілька років тому вчені-комп'ютерники Техаського університету в Остіні Скот Ааронсон і Ши-Хан Хунг запропонували спосіб генерації сертифікованих випадкових бітів на основі випадкової вибірки ланцюгів - метод перевірки здатності пристрою вичавлювати якомога більше квантової магії зі своїх кубітів з мінімальною кількістю класичних трюків.
«Коли я вперше запропонував свій сертифікований протокол випадковості у 2018 році, я не мав уявлення, скільки часу мені потрібно буде чекати, щоб побачити його експериментальну демонстрацію», — каже Ааронсон.
"Розвиток вихідного протоколу та усвідомлення його - перший крок до використання квантових комп'ютерів для генерації сертифікованих випадкових бітів для реальних криптографічних додатків".
Коли ми кидаємо кістки, вибираємо карту або загадуємо число від одного до мільярда, наші дії є комбінацією незліченних правил, кожне з яких у своїй основі надійне і передбачуване, як коливання маятника. Навіть хаотичні явища, такі як завихрення воску в стіні лавових ламп, теоретично зумовлені термодинамікою.
Яким би складним це павутиння правил не здавалося, той факт, що кожне з них зумовлене фізикою, щоб мати єдиний результат, залишає місце для шаблонів, які може використовувати досить розумний комп'ютер. А це не те, що вам потрібно, коли ви надаєте перевагу, щоб ваші шифри було неможливо зламати, або щоб ваш напівельф-паладин з Dungeons and Dragons мав справді випадковий показник харизми.
Квантова фізика грає за іншим набором правил, одне із яких має власний вбудований генератор випадкових чисел, що визначає характеристики частки. Наскільки нам відомо, тут немає жодних прихованих правил, на які суперкомп'ютер міг би покластися.
Зшиваючи долі 56 «квантових кубиків» і використовуючи протокол Ааронсона та Ганга для мінімізації втручання класичної фізики, команда змусила пристрій Quantinuum вирішити низку проблем, які залежали від процесу випадкового вибору.
Щоб переконатися, що кінцевий результат кваліфікується як відповідний випадковий, дослідники перевірили результат на кількох суперкомп'ютерах, використовуючи стандартизований протокол оцінки, який порівняв результати квантового сервера з теоретичними ідеалами.
Із загальною продуктивністю понад мільйон трильйонів операцій за секунду (1,1 екзафлопс) комп'ютери дали процесу оцінку, яка легко проходить тест на справжню випадковість. Цей результат не залишив сумнівів у тому, що рішення не містило лазівок, які міг би знайти та розкрити банк передових суперкомп'ютерів, маючи достатньо часу.
Використання квантової невизначеності для генерації випадкових бітів не є чимось новим. З усім тим, отримавши доступ до нещодавно модернізованого квантового комп'ютера System Model H2 компанії Quantinuum через Інтернет для виконання завдання, команда продемонструвала, що на краще «вибери число» незабаром зможе грати практично будь-яка людина у світі.
«Наше застосування сертифікованої квантової випадковості не лише демонструє неперевершену продуктивність нашої технології захоплених іонів, — каже Хазра, — а й встановлює новий стандарт забезпечення надійної квантової безпеки та можливості розширеного моделювання у таких галузях, як фінанси, виробництво тощо».
