استفاده از تاس اینشتین برای تولید اعداد واقعا تصادفی

مراجعه و نگاه کردن به اطلاعات فوق سری با ابزار‌ها‌ی مخفی‌سازی الکترونیکی امن‌تر از گذشته شده شده است. این کار با استفاده از تولید اعداد نه فقط تصادفی، بلکه اعدادی که در هر جای جهان غیر‌قابل پیش‌بینی هستند، صورت گرفته است.

استفاده از داده‌ها‌ی تولید‌شده توسط آزمایش سه‌ساله‌ی در‌هم تنیدگی کوانتومی، به موسسه‌ی استاندارد و تکنولوژی آمریکا (NIST) امکان تولید کد‌ها‌یی را داد که در نوع خود یگانه هستند و امکانات جدیدی در ارتباطات فراهم خواهند کرد.

در مرحله‌ی خاصی، تولید محتوای تصادفی به‌سادگی امکان‌پذیر است. برای مثال ما سکه یا تاس می‌اندازیم و کارت‌ها‌ی تصادفی بر‌می‌داریم و نتیجه‌ی تمام این اعمال، قابل پیش‌بینی نیست. مشکل همین کلمه‌ی به‌سادگی است.

اگر بتوانیم اطلاعاتی در مورد کارت‌ها یا شرایط اولیه‌ی پرتاب سکه کسب کنیم، تا حدودی میتوانیم نتیجه را به‌درستی حدس بزنیم. به این دلیل که قوانین کلاسیکی طبیعت، پشت همه‌ی این حوادث تصادفی هستند و مسیر آینده‌ی آن‌ها را هدایت می‌کنند. به‌عنوان مثالی از این قوانین، نیرویی سکه را هدایت می‌کند، برابر با جرم سکه ضرب در شتاب آن است.

ممکن است قوانینی برای حدس زدن کارت مورد نظر شما وجود داشته باشد اما اگر بخواهید پیغام بین تلفن و بانکتان را کد‌گذاری کنید، مسلما میخواهید از امن بودن آن مطمئن باشید و بدانید ه هیچ‌کس نمی‌تواند به کد تصادفی شما دست پیدا کند.

آسان‌ترین راه برای این کار، استفاده از یک سیستم کاملا اشفته و بی‌نظم است که قوانین بسیار زیادی در مراحل مختلف در آن در حال اجرا هستند که دنبال‌کردن منطقی کاری را عملا غیر‌ممکن می‌کنند.

بعضی از کامپیوتر‌ها‌ی طراح الگوریتم‌ها‌ی مختلف، این کار را انجام می‌دهند. بقیه‌ی سیستم‌ها از بی‌نظمی موجود در محیط ما مثل اختلالات اتمسفری استفاده می‌کنند.

شماره تصادفی

تولید‌کننده‌ها‌ی اعداد تصادفی مانند نمونه‌ی موجود در دانشگاه ملی استرالیا، از سیستم‌ها‌ی ذرات نوسان‌کننده‌ای که در خلا به‌وجود آمده و از بین می‌روند، استفاده می‌کنند. ادعا می‌شود که این اعداد کاملا تصادفی هستند اما هنوز هم جای بحث وجود دارد. پیتر بیرهوست، ریاضی‌دان NIST گفت:

تضمین تصادفی بودن یک منبع کلاسیکی بسیار سخت است. اما منابع و روش‌ها‌ی کوانتومی ما ایمن هستند. ما مطمئن هستیم که هیچکس نمی‌تواند اعداد ما را پیش‌بینی کند.

چرا که بر‌خلاف سیستم‌ها‌ی آشفته و بی‌نظم که با وجود بی‌نظم بودن، بر اساس قوانین تئوری قابل پیش‌بینی کار می‌کنند، تولید‌کننده‌ی NIST به چیزی پرش می‌کند که نمی‌توان آن را تعریف کرد و نا‌شناخته باقی می‌ماند.

در سال ۲۰۱۵، NIST آزمایشی طراحی کرد که هدف آن بستن روزنه‌ها‌ی امید تئوری بود که می‌خواست نشان دهد، اینشتین حد‌اقل در یکی از زمینه‌ها‌ی فیزیک اشتباه می‌کرد.

در بحث‌ها‌ی تاریخ فیزیک، هیچکدام از بحث در مورد درست یا غلط بودن مکانیک کوانتومی بزرگ‌تر نبوده‌اند.

طبق افسانه‌ها‌یی مانند افسانه‌ی اروین شرودینگر و نیلز بور، حقیقت بر پایه‌ی احتمالات استوار است. بنابر‌این هیچ قانون پنهانی وجود ندارد که به ما نشان دهد حقیقت چگونه خواهد بود.

با این حال، اینشتین در مراسم‌ها‌ی مختلف بار‌ها این جمله را تکرار کرده است که خداوند تاس نمی‌ریزد و روزی مکانیک کوانتومی طوری تکامل خواهد یافت که دیگر کلمه‌ی شاید در معادلات آن راهی نداشته باشد.

چند دهه بعد، مردی به‌نام جان استوارت بل اثباتی انجام داد که نشان می‌داد درک ما از مکانیک کوانتومی اشتباه است و نظر بوهر در مورد نبود قانون واحد در سطح کوانتومی، درست است.

از آن پس تا کنون، آزمایش‌ها‌ی زیادی یکی پس از دیگری، ادعا‌ی بل را بررسی کردند.

پژوهشگران NIST آزمایش خود را با استفاده از فوتون‌ها‌ی در‌هم‌تنیده انجام دادند. آن‌ها جفت فوتون‌ها‌ی در‌هم تنیده را از هم جدا کردند. پس یکی از فوتون‌ها باید در حالت ذره‌ای راست دست باشد و دیگری باید چپ دست باشد.

آن‌ها نظر بل را در نظر نگرفتند و بر اساس نتایجشان نشان دادند که هیچ قانون پنهانی برای مشخص کردن راست‌دستی یا چپ‌دستی فوتون‌ها وجود ندارد و همه چیز کاملا تصادفی است. بیرهوست گفت:

ما کاملا مطمئن هستیم که فرایند‌ها‌ی تصادفی کوانتومی که شاهد هستیم، کاملا تصادفی هستند چرا که فقط یک سیستم کوانتومی می‌تواند ارتباطات محاسباتی بین شانس اندازه‌گیری ما و نتایج ایجادشده برقرار کند.

برای مطمئن شدن از تصادفی بودن داده‌ها‌ی تولیدشده، پژوهشگران NIST از این تست نظریه‌ی بل برای تولید رشته‌ها‌یی از اعداد کمک گرفتند که تا کنون هیچکس نتوانسته آن‌ها را پیش‌بینی کند. این اعداد با نرخ ۱٬۰۲۴ بیت در هر ۱۰ دقیقهُ تولید می‌شوند.

تست‌ها‌ی بعدی روی داده‌ها نشان داد که نظر بل درست است و هیپ قانون واحدی برای مشخص کردن آن‌ها وجود ندارد. این اولین باری نیست که اعداد تصادفی توسط سیستم‌ها‌ی کوانتومی تولید می‌شوند، اعداد واقعا تصادفی قبلا هم تولید شده‌اند.

اعداد تصائفی NIST برای پنهان‌سازی خیلی مناسب نیستند چرا که چگونگی تولید آن‌ها به صورت عمومی اعلام شده است. اما پروژه‌ی آن‌ها می‌تواند ما را از تصادفی بودن اعداد مطمئن کند. این پژوهش در Nature منتشر شد.

منبع: زومیت