فیزیکدانان برای نخستین بار به «تصادف کامل» دست یافتند

اگر از کسی بخواهید یک عدد تصادفی انتخاب کند، احتمالا این کار ساده به نظر می‌رسد. اما در دنیای فیزیک و علوم کامپیوتر، تولید «تصادف واقعی» یکی از دشوارترین چالش‌ها به شمار می‌رود؛ زیرا تقریبا هر رویدادی که تصادفی به نظر می‌رسد، در عمل می‌تواند تحت تأثیر قوانین پنهان یا شرایط اولیه قابل پیش‌بینی باشد.

مثلا نتیجه پرتاب یک سکه یا تاس تصادفی به نظر می‌رسد، اما از دیدگاه فیزیک کلاسیک، اگر تمام نیروها و شرایط اولیه را بدانیم در تئوری می‌توان نتیجه را پیش‌بینی کرد. حتی رایانه‌ها نیز معمولا اعداد تصادفی واقعی تولید نمی‌کنند، بلکه از الگوریتم‌هایی استفاده می‌کنند که خروجی آنها صرفاً «شبه‌تصادفی» است. اما به تازگی پژوهشگران مؤسسه فناوری ETH زوریخ در سوئیس اعلام کرده‌اند راهی برای عبور از این محدودیت پیدا کرده‌اند.

به گزارش ساینس‌الرت، این محققان با استفاده از یکی از عجیب‌ترین ویژگی‌های مکانیک کوانتومی، یعنی «درهم‌تنیدگی کوانتومی»، موفق به تولید چیزی شده‌اند که از آن با عنوان «تصادف کامل» یاد می‌شود.

اهمیت این موضوع فراتر از یک دستاورد نظری در فیزیک است. تقریبا تمام سامانه‌های امنیتی مدرن، از رمزهای عبور و کلیدهای رمزنگاری گرفته تا ارتباطات بانکی و زیرساخت‌های دولتی، بر پایه اعداد تصادفی بنا شده‌اند. هرچه این اعداد قابل پیش‌بینی‌تر باشند، شکستن سامانه‌های امنیتی آسان‌تر خواهد شد.

لوله ۳۰ متری که کیوبیت‌ها را به هم متصل می‌کند

پژوهشگران برای انجام این آزمایش، دو بیت کوانتومی یا «کیوبیت» را در فاصله ۳۰ متری از یکدیگر قرار دادند و آنها را تا دمایی نزدیک به صفر مطلق سرد کردند. این دو کیوبیت در حالت درهم‌تنیده قرار گرفتند؛ وضعیتی که در آن رفتار یکی از ذرات به شکلی مستقیم با دیگری مرتبط است، حتی اگر از هم فاصله داشته باشند.

تیم تحقیقاتی طی حدود ۹ ساعت بیش از یک میلیارد آزمایش روی این سامانه انجام داد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد الگوهای مشاهده‌شده را نمی‌توان با هیچ قانون پنهان یا سازوکار از پیش تعیین‌شده‌ای توضیح داد. به بیان دیگر، خروجی تولیدشده واقعا غیرقابل پیش‌بینی است.

نکته مهم‌تر اینکه محققان از روشی موسوم به «تقویت تصادف» استفاده کردند. آنها کار را با داده‌هایی آغاز کردند که کاملا تصادفی نبودند و ممکن بود سوگیری‌هایی در آنها وجود داشته باشد، اما سامانه کوانتومی توانست این ورودی ناقص را به خروجی‌ای تبدیل کند که از نظر نظریه اطلاعات، تصادفی کامل محسوب می‌شود.

این نخستین بار است که دانشمندان موفق می‌شوند چنین سطحی از تصادفی بودن را بدون اتکا به اعتماد به سخت‌افزار یا شرایط اولیه ایده‌آل اثبات کنند. به گفته پژوهشگران، این فناوری در آینده می‌تواند نقشی مشابه ساعت‌های اتمی ایفا کند؛ یعنی به مرجعی استاندارد برای تولید و سنجش تصادف در سامانه‌های دیجیتال تبدیل شود.

اگر این فناوری به مرحله کاربردی برسد، می‌تواند نسل جدیدی از سامانه‌های رمزنگاری و امنیت سایبری را شکل دهد؛ سامانه‌هایی که حتی با پیشرفته‌ترین روش‌های تحلیل نیز قابل پیش‌بینی نخواهند بود.

منبع: همشهری