Generadores cuánticos de números aleatorios
A generador de números aleatorios cuánticos (QRNG) produce números genuinamente impredecibles midiendo un sistema cuántico. A diferencia de los generadores de software "pseudoaleatorios", que siguen una fórmula determinista y sólo parecen aleatorios, un QRNG extrae su aleatoriedad de la indeterminación fundamental de la mecánica cuántica.
Por qué la aleatoriedad cuántica es diferente
En la física clásica, un resultado que parece aleatorio (un lanzamiento de moneda, una tirada de dados) en realidad está determinado por condiciones iniciales que simplemente no conocemos con precisión. La medición cuántica es diferente. Cuando un sistema en un superposición Cuando se mide, el resultado es, hasta donde toda la evidencia muestra, irreductiblemente aleatorio: ni siquiera el conocimiento completo del sistema puede predecir qué resultado ocurrirá. Esto hace que los procesos cuánticos sean una fuente ideal de verdadera aleatoriedad.
Cómo se construyen los QRNG
Un diseño simple envía fotones individuales a un espejo medio plateado (un divisor de haz). Cada fotón tiene una probabilidad del 50/50 de ser transmitido o reflejado, y un detector en cada camino registra un 0 o un 1. Como la elección se rige por la medición cuántica, la cadena de bits resultante es impredecible. Otros dispositivos prácticos miden los tiempos de llegada aleatoria de los fotones, la corriente cuántica de túnel a través de una unión o las pequeñas fluctuaciones del vacío de un campo electromagnético. Los diseños de fluctuación de vacío son especialmente populares porque son rápidos y pueden construirse con componentes ópticos estándar.
Se aplican QRNG de alta calidad extracción de aleatoriedad luego: posprocesamiento matemático que elimina cualquier sesgo o correlación introducido por hardware imperfecto, produciendo una salida uniforme y de alta entropía.
Por qué es importante
Una fuerte aleatoriedad es la base de la criptografía segura. Las claves de cifrado, las firmas digitales y la comunicación segura dependen de números que un atacante no puede adivinar ni reproducir. Los QRNG proporcionan aleatoriedad cuya imprevisibilidad se basa en las leyes de la física más que en el secreto de un algoritmo, y las versiones "independientes del dispositivo" pueden incluso certificar su aleatoriedad mediante pruebas basadas en Teorema de Bell.
Un error común
Un QRNG no sólo produce números que son difíciles de predecir: produce números que son imposible predecir en principio, dada la teoría cuántica. Esta es una garantía más fuerte que cualquier generador clásico o de software, cuya producción siempre está determinada por un estado interno oculto o una semilla.