Generatori quantistici di numeri casuali
A generatore quantistico di numeri casuali (QRNG) produce numeri veramente imprevedibili misurando un sistema quantistico. A differenza dei generatori software "pseudo-casuali", che seguono una formula deterministica e appaiono solo casuali, un QRNG trae la sua casualità dall'indeterminatezza fondamentale della meccanica quantistica.
Perché la casualità quantistica è diversa
Nella fisica classica, un risultato che sembra casuale – il lancio di una moneta, il lancio di un dado – è in realtà determinato da condizioni iniziali che semplicemente non conosciamo con precisione. La misurazione quantistica è diversa. Quando un sistema in un sovrapposizione viene misurato, il risultato è, per quanto dimostrato da tutte le evidenze, irriducibilmente casuale: nemmeno la conoscenza completa del sistema può prevedere quale risultato si verificherà. Ciò rende i processi quantistici una fonte ideale di vera casualità.
Come vengono costruiti i QRNG
Un design semplice invia singoli fotoni su uno specchio semiargentato (un divisore di raggio). Ogni fotone ha una probabilità 50/50 di essere trasmesso o riflesso e un rilevatore su ciascun percorso registra uno 0 o un 1. Poiché la scelta è governata dalla misurazione quantistica, la stringa di bit risultante è imprevedibile. Altri dispositivi pratici misurano i tempi di arrivo casuali dei fotoni, la corrente quantistica attraverso una giunzione o le minuscole fluttuazioni del vuoto di un campo elettromagnetico. I progetti con fluttuazione del vuoto sono particolarmente apprezzati perché sono veloci e possono essere realizzati con componenti ottici standard.
Si applicano QRNG di alta qualità estrazione della casualità in seguito: post-elaborazione matematica che rimuove qualsiasi distorsione o correlazione introdotta da hardware imperfetto, producendo un output uniforme e ad alta entropia.
Perché è importante
La forte casualità è il fondamento della crittografia sicura. Le chiavi di crittografia, le firme digitali e le comunicazioni sicure dipendono tutte da numeri che un utente malintenzionato non può indovinare o riprodurre. I QRNG forniscono casualità la cui imprevedibilità si basa sulle leggi della fisica piuttosto che sulla segretezza di un algoritmo, e le versioni "indipendenti dal dispositivo" possono persino certificare la loro casualità attraverso test basati su Teorema di Bell.
Un malinteso comune
Un QRNG non produce semplicemente numeri difficili da prevedere, ma produce numeri che sono impossibile prevedere in linea di principio, data la teoria quantistica. Questa è una garanzia più forte di qualsiasi generatore classico o software, il cui output è sempre determinato da uno stato interno o da un seme nascosto.