Scientists at the University of Colorado have created a quantum random number generator (QRNG) that leverages the inherent randomness of quantum mechanics. This QRNG, called CURBy, produces verifiable and controllable random numbers, addressing the need for secure and auditable randomness in various applications.
The generated random numbers have broad applications, including:
CURBy uses entangled photons, splitting a single photon into two entangled particles. The polarization of these particles is measured at two independent stations 110 meters apart. The randomness stems from the unpredictable nature of quantum measurements, while the entanglement ensures verifiable correlations (Bell correlations). This setup protects against manipulation and ensures the numbers are truly random.
The system uses a series of hashes to record data, making it virtually impossible to alter data retrospectively. The use of multiple independent stations further enhances security by distributing responsibility and minimizing the risk of manipulation.
The QRNG is publicly accessible online, providing a new source of verifiable random numbers to anyone who needs them.
God dobbelt niet, zei Albert Einstein, omdat hij niet geloofde dat in de quantummechanica, de natuurkunde van het allerkleinste, het toeval werkelijk een rol speelt, zoals zijn collega’s vermoedden.
Maar daarin had Einstein ongelijk, en inmiddels hebben meerdere, steeds ingenieuzere quantummechanische experimenten aangetoond dat toeval en onvoorspelbaarheid juist diep ingebakken zitten in de quantumnatuurkunde.
Natuurkundige Gautam Kavuri van de University of Colorado en collega’s, hebben deze fundamentele onvoorspelbaarheid nu ingezet om op commando willekeurige, of random, getallen te leveren, op een manier die ook nog eens compleet controleerbaar is. Ze publiceren hun gegarandeerde, controleerbare quantum-randomgetallengenerator in een artikel in Nature.
Hun generator is sinds 9 mei operationeel: op de website is iedere minuut een nieuwe gegarandeerd reeks van 512 bits op te halen voor alle partijen die behoefte hebben aan gegarandeerde, controleerbare, quantummechanische willekeur. Ook beweegt er een bizon, de mascotte van Colorado University, honderd procent willekeurig over een virtueel American Football-veld.
Gegarandeerde random-getallen worden breed toegepas: om proefpersonen in medische trials toe te wijzen aan placebo-groepen, voor willekeurige steekproeven in accountancy-controles, en ook in een groot aantal technische en wetenschappelijke toepassingen zoals computersimulaties en tests voor quantumcomputers.
Daarbij is het belangrijk dat de getallen echt willekeurig zijn en beschermd tegen hacken of andere pogingen van kwaadwillenden die de random getallen naar hun hand willen zetten. Voor dat laatste is het fijn als je achteraf kunt controleren dat de generatie netjes volgens het boekje is gegaan. Kavuri presenteren daarvoor een schema van apparatuur en protocollen, met de naam CURBy (wat staat voor Colorado University Beacon of Randomness).
Het schema begint met het opsplitsen van een foton, een deeltje laserlicht, in twee lichtdeeltjes die quantummechanisch met elkaar verstrengeld zijn: de polarisaties van de lichtdeeltjes zijn altijd tegengesteld. Beide verstrengelde deeltjes worden op 110 meter afstand van elkaar gemeten op onafhankelijke meetopstellingen.
Met een optische tafel worden verstrengelde fotonen geproduceerd waarmee controleerbare willekeurige getallen kunnen worden gegenereerd. Foto Rebecca Jacobson/NISTDe uitkomsten van zulke quantummechanische metingen zijn willekeurig en dus onvoorspelbaar. Maar ze zijn wel op een quantummechanische, precies omschreven manier met elkaar gecorreleerd. Deze zogenaamde Bell-correlaties worden ook vastgelegd, samen met een tijdsstempel. Dat garandeert achteraf dat er niet gewerkt is met een nep-quantum-opstelling (die de Bell-correlaties en de onafhankelijke vastgelegde meetresultaten nooit zo zou kunnen reproduceren).
Het idee daarbij is ook dat onafhankelijkheid van de twee meetstations het proces beschermt tegen manipulatie. Het CURBy schema gebruikt uiteindelijk drie onafhankelijk werkende stations die data vastleggen, maar dat aantal kan uitgebreid worden om de verantwoordelijkheid verder te verdelen.
Het vastleggen van alle gegevens gebeurt met een reeks hashes, een korte digitale vingerafdruk van een datapakket. Iedere hash wordt als input gebruikt bij het berekenen van de volgende hash, en ook bij het berekenen volgende hashes op andere meetstations. Zo wordt het vrijwel onmogelijk om gegevens met terugwerkende kracht te veranderen, omdat je dan alle hashes op alle onafhankelijke meetstations zou moeten aanpassen.
Delen Mail de redactieIf you often open multiple tabs and struggle to keep track of them, Tabs Reminder is the solution you need. Tabs Reminder lets you set reminders for tabs so you can close them and get notified about them later. Never lose track of important tabs again with Tabs Reminder!
Try our Chrome extension today!
Share this article with your
friends and colleagues.
Earn points from views and
referrals who sign up.
Learn more