Це тому, що неможливо визначити випадковість, ґрунтуючись лише на результатах.
Гральні кістки можуть мати щербини та дефекти, що впливають на їхній кидок.
Генератори випадкових чисел на комп'ютері працюють на основі алгоритмів.
Навіть підкидання монети підпорядковується фізичним силам, які теоретично можна передбачити.
Складність полягає не в генерації чисел, які здаються випадковими, а в доказі того, що ніхто не міг передбачити результат — що система не схильна до прихованих, ледве вловних правил або упереджень.
Тепер група фізиків з ETH Zurich у Швейцарії подолала цю проблему, використовуючи одне з найдивніших явищ у квантовій механіці: квантову заплутаність.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature.
"Отримана послідовність нулів та одиниць тепер справді цілком випадкова, і ми навіть можемо це підтвердити", — каже фізик Ренато Реннер з ETH Zurich.
Випадковість має вирішальне значення для сучасної безпеки.
Це ключова особливість, яка ускладнює вгадування паролів, кодів автентифікації та ключів шифрування.
Саме тому генератори паролів будуть видавати послідовність безглуздо перемішаних символів, а не щось на зразок YourFirstPet123.
Але ставки виходять далеко за межі пароля Flickr і стосуються міжнародної безпеки.
Нещодавні приклади уразливостей у системі безпеки включають вразливість PuTTY 2024 року, в якій один із найпоширеніших у світі SSH-клієнтів мав недолік у генерації випадкових чисел для криптографічних підписів.
І не варто забувати про помилку RDSEED в AMD Zen 5 2025 року, в якій апаратна інструкція генерації випадкових чисел генерувала передбачувані значення, хибно повідомляючи про успіх.
Якщо код не є абсолютно випадковим, зловмисникам легше його вгадати.
"Будь-який звичайний електронний пристрій, такий як телефон або комп'ютер, повністю детермінований", - розповів Реннер Адаму Ковачу з Scientific American, - "тому комп'ютеру або будь-якому іншому електронному пристрою дуже складно згенерувати випадкове значення".
Щоб спробувати знайти розв'язання цієї проблеми, дослідники звернулися до квантового експерименту, відомого як тест Белла.
Вони створили пару заплутаних квантових бітів, або кубітів, розділених відстанню 30 метрів (98 футів), і охолодили їх до температури, близької до абсолютного нуля.
Заплутані частинки - це частинки, які при вимірі демонструють подібності, які не пояснюються лише класичною фізикою.
Вимірювання, проведені на кубітах, виявили настільки сильні кореляції, що їх не можна було пояснити звичайними прихованими правилами або заздалегідь запрограмованою поведінкою.
Для досягнення цього результату були потрібні значні технічні поліпшення як стабільності, так і швидкості експерименту, що дозволило команді провести понад мільярд випробувань Белла приблизно за дев'ять годин.
Попередні квантові генератори випадкових чисел могли видавати украй випадкові результати, але вони все ще покладалися на надійне обладнання та абсолютно випадкові початкові умови.
Команда з ETH Zurich натомість продемонструвала так зване посилення випадковості, навмисно починаючи з недосконалої випадковості — беручи випадковість, яка може містити незначні недоліки чи усунення, і перетворюючи її на випадковість, яку можна з упевненістю назвати абсолютно непередбачуваною.
"Що особливо важливо, - пишуть вони у своїй статті, - посилення випадковості було доведено як неможливе суто класичними методами".
В результаті вийшла система, яка здатна генерувати гарантовано ідеальну випадковість, навіть якщо вихідні дані недосконалі або містять помилки.
Крім того, вона не залежить від пристрою, тобто випадковість не залежить від довіри до самого обладнання, а від квантової поведінки, що спостерігається в експерименті.
У довгостроковій перспективі, за словами дослідників, їхня система може виконувати ту ж функцію, що й атомний годинник для вимірювання часу — фізично сертифіковане джерело випадковості, за яким можна порівнювати та встановлювати інші значення.
"Технічні вдосконалення дозволили нам вперше створити випадкові числа, які залишаться ідеально випадковими протягом усієї вічності - незалежно від того, які аналітичні методи використовуються для оцінки їхньої випадковості", - говорить Реннер.
