Físicos conseguiram atingir a ‘perfeição na aleatoriedade’ pela primeira vez em um experimento inédito. O resultado deste avanço pode fortalecer sistemas de criptografia e segurança.
Pesquisadores da ETH Zurich, liderados pelos professores de física Renato Renner e Andreas Wallraff, demonstraram uma maneira de gerar ‘aleatoriedade perfeita’ usando qubits supercondutores entrelaçados.
Criar verdadeira aleatoriedade é extremamente desafiador. Mesmo os mais sofisticados geradores de números aleatórios convencionais podem carregar pequenos vieses. Embora, na maioria das aplicações cotidianas, esses vieses sejam inofensivos, na criptografia, onde a segurança dos sistemas depende da imprevisibilidade, até o mais sutil padrão pode se tornar uma fraqueza explorável.
A equipe da ETH Zurich, liderada por Renner e Wallraff, afirma ter mostrado como superar essa falha e criar números perfeitamente aleatórios utilizando a física quântica, um marco que eles descrevem como a primeira realização certificada de aleatoriedade perfeita.
Os geradores de números aleatórios tradicionais geralmente confiam em processos físicos, como o comportamento de fótons, mas esses sistemas ainda podem ser levemente distorcidos, exibindo um viés que faz com que certos números apareçam mais frequentemente do que outros. A abordagem da equipe da ETH usa o entrelaçamento quântico para superar esse limite.
O experimento gira em torno de dois chips supercondutores resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. Cada chip funciona como um qubit, o equivalente quântico de um bit binário. Os chips são conectados por um tubo de 98 pés (30 metros) também super-resfriado, permitindo que fótons de micro-ondas viajem entre eles e criem entrelaçamento — um estado quântico ‘assustador’ onde duas partículas podem se vincular de tal forma que medir uma afeta instantaneamente a outra.
Mantendo os qubits quase 100 pés apartados, os pesquisadores garantiram que, durante a medição, nem mesmo sinais à velocidade da luz poderiam viajar rapidamente o suficiente entre os qubits para influenciar o resultado. Em termos de física quântica, isso ajuda a preservar a integridade do entrelaçamento e evita que comunicação não desejada estrague a aleatoriedade.
A equipe começou com um gerador de números aleatórios imperfeito para escolher a base de medição dos qubits. Após a medição quântica, eles usaram um algoritmo especial para amplificar a aleatoriedade nos resultados. A ideia central é que o sistema quântico pode limpar o input de vieses e produzir uma sequência de zeros e uns certificadamente aleatória, significando que sua aleatoriedade não é meramente assumida ou inferida a partir de testos estatísticos padrão.
O método também reduz significativamente o custo computacional, explicou Renner ao Live Science por e-mail. ‘Nosso método não requer realmente cálculos, pois toda a aleatoriedade é gerada por meio da medição de qubits. Nesse sentido, o custo computacional da nossa abordagem é negligenciável comparado ao de geradores de números pseudo-aleatórios.’
As implicações práticas são significativas. A equipe da ETH compara o avanço a um relógio atômico para a medição do tempo: uma referência física confiável que outros sistemas podem usar. Aplicações futuras potenciais incluem a criptografia de mensagens, identidades digitais, sistemas de loteria e operações de blockchain.
Renner afirmou que seu trabalho seria mais útil em arquiteturas de rede. ‘Nosso experimento seria mais útil em redes onde cada nó tem acesso a um ‘servidor’ que o implementa para produzir aleatoriedade.’
Segundo revelou o portal Live Science, os pesquisadores argumentam que a saída permanece perfeita para todos os fins práticos e analíticos, independentemente de como métodos futuros tentem avaliá-la.