Một nhóm tại ETH Zurich do nhà mật mã học Renato Renner dẫn dắt đã liên kết 2 qubit qua hơn 30 mét để tạo ra tính ngẫu nhiên đã được chứng nhận mà bất kỳ máy nào cũng không thể dự đoán. Các nhà nghiên cứu sử dụng rối lượng tử và kỹ thuật bộ trích xuất hai nguồn để tạo ra một dòng số được chứng nhận bởi vật lý thay vì các giả định từ phần cứng, với kết quả được công bố trên Nature. Thí nghiệm này giải quyết các ứng dụng trong mật mã, game và an ninh bằng cách cung cấp tính không thể đoán trước được gắn với cơ học lượng tử thay vì các thuật toán giả ngẫu nhiên cổ điển. Công trình dựa trên nghiên cứu kiểm tra Bell nhằm loại trừ các biến số cổ điển ẩn, mang lại điều mà nhóm gọi là “con xúc xắc hoàn hảo”, với các đầu ra vẫn về bản chất là không thể biết được. Kết quả củng cố lập luận về “lợi thế lượng tử” trong các hệ thống bảo mật và thách thức các mô hình hiện thực mang tính quyết định bằng cách chứng minh rằng một số kết quả có thể được chứng minh là vượt ngoài khả năng dự đoán.
Nhóm ETH Zurich Chứng minh Ngẫu nhiên Lượng tử Được Chứng nhận bằng Các Qubit Bị Vướng
Thí nghiệm của ETH Zurich đã tạo rối 2 qubit bằng photon vi ba trên khoảng 98 feet trong một đường hầm dài 30 mét ở Zurich. Các phép đo trên một qubit tương quan với qubit còn lại, nhưng các kết quả riêng lẻ vẫn không thể biết được về bản chất theo đánh giá của nhóm. Dữ liệu thô từ các phép đo đó được xử lý bằng bộ trích xuất hai nguồn, một kỹ thuật làm tinh sạch các đầu vào ngẫu nhiên yếu thành các đầu ra ngẫu nhiên có thể chứng minh. Lập luận này dựa trên vật lý thay vì tin vào phần bên trong của thiết bị, với tính ngẫu nhiên được chứng nhận bởi cấu trúc của thí nghiệm và chính lý thuyết lượng tử. Nghiên cứu xuất hiện trên Nature và dựa vào nhiều thập kỷ nghiên cứu kiểm tra Bell nhằm loại trừ các biến số cổ điển ẩn.
Ứng dụng trong Mật mã và Game Nảy sinh từ Entropy Được Bảo chứng Bởi Vật lý
Cách tiếp cận này khác với các bộ tạo điển hình vốn dựa vào thuật toán hoặc nhiễu môi trường, bằng cách neo đầu ra vào các định luật của cơ học lượng tử. Mục tiêu ngay lập tức là mật mã, nơi độ an toàn của khóa phụ thuộc vào tính không thể đoán trước. Theo các nhà nghiên cứu, ngân hàng, nhà cung cấp đám mây và các mô-đun bảo mật phần cứng có thể đưa các bit đã được chứng nhận này vào tạo khóa, khởi động an toàn và xác thực cho các tình huống quan trọng. Game và xổ số cũng là các ứng viên, dù tốc độ triển khai sẽ do khả năng mở rộng và chi phí quyết định. Nhóm nghiên cứu mô tả kết quả như một bằng chứng cho lợi thế lượng tử, một lĩnh vực mà máy tính cổ điển không thể đạt được cam kết tương đương. Với các nhà phát triển và CISO, entropy được bảo chứng bởi vật lý có thể nâng “sàn” bảo mật cho các kiến trúc an ninh vốn phụ thuộc vào các hạt giống giả ngẫu nhiên.
Cơ học lượng tử Thách thức Chủ nghĩa Quyết định thông qua Các Đầu ra Không thể Dự đoán được Có thể Chứng minh
Kết quả này giải quyết một cuộc tranh luận kéo dài trong vật lý. Nếu một số đầu ra có thể được chứng minh là vượt ngoài khả năng dự đoán, thì tính bất định đã được “lắp sẵn” vào thực tại thay vì chỉ phản ánh sự thiếu hiểu biết. Điều đó ủng hộ quan điểm mang tính xác suất của cơ học lượng tử và thu hẹp không gian cho các lời giải thích kiểu “quyết định ẩn”. Phát hiện này cũng định hình lại các mô hình rủi ro bằng cách chứng minh rằng một số bất định không thể được trung bình hóa đi, mà chỉ có thể được tôn trọng và khai thác.
Câu hỏi thường gặp
Nhóm ETH Zurich đã đạt được gì với các qubit bị vướng?
Nhóm ETH Zurich do Renato Renner dẫn dắt đã liên kết 2 qubit qua 30 mét để tạo ra tính ngẫu nhiên được chứng nhận bằng rối lượng tử và bộ trích xuất hai nguồn. Hệ thống tạo ra các bit mà không ai có thể dự đoán, với tính ngẫu nhiên được chứng nhận bởi vật lý thay vì các giả định về phần cứng, và kết quả được công bố trên Nature.
Ngẫu nhiên lượng tử khác gì so với các bộ tạo số ngẫu nhiên truyền thống?
Ngẫu nhiên lượng tử được neo vào các định luật của cơ học lượng tử thay vì dựa vào thuật toán hoặc nhiễu môi trường. Cách tiếp cận của ETH Zurich sử dụng các qubit bị vướng và bộ trích xuất hai nguồn để tạo ra các đầu ra ngẫu nhiên có thể chứng minh, được chứng nhận bởi cấu trúc của thí nghiệm và chính lý thuyết lượng tử, dựa trên nghiên cứu kiểm tra Bell nhằm loại trừ các biến số cổ điển ẩn.
Vì sao ngẫu nhiên lượng tử được chứng nhận lại quan trọng đối với mật mã?
Ngẫu nhiên lượng tử được chứng nhận cung cấp tính không thể đoán trước mà bất kỳ máy nào cũng không thể gỡ lại, điều này then chốt cho bảo mật khóa mật mã. Ngân hàng, nhà cung cấp đám mây và các mô-đun bảo mật phần cứng có thể dùng các bit được bảo chứng bởi vật lý này cho tạo khóa, khởi động an toàn và xác thực, từ đó nâng sàn bảo mật cho các kiến trúc hiện đang phụ thuộc vào các hạt giống giả ngẫu nhiên.
