נעילת מידע סופר סודי באמצעות דיגיטלהפך בטוח עוד יותר עם ייצור של מספרים שהם לא רק 'כמעט אקראיים', אלא שהם באמת בלתי צפויים בכל מובן המילה.
שימוש בנתונים שנוצרו מניסוי בן שלוש שנים על קוונטי, המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארה"ב (NIST) יצר לאחרונה קודים שמובטחים שיהיו מיוחדים במינם, וזה יכול להוות נקודת ציון חדשה בתקשורת.
ברמה אחת, אקראיות היא דבר שקל לתפוס. אנחנו מטילים מטבעות, מטילים קוביות ובוחרים קלפים מתוך תחושה בסיסית שאי אפשר לחזות את התוצאה בקלות.
הבעיה היא המילה הזו 'בקלות'.
עם מספיק מידע, בין אם זה ספירת קלפים פשוטה או ידיעת מיקום ההתחלה של המטבע, נוכל לשפר את הסיכויים שלנו לנחש נכון מה תהיה התוצאה.
הסיבה לכך היא שמאחורי הדברים ה'אקראיים' הללו יש חוקים קלאסיים השולטים בדרכים העתידיות שלהם, כגון הכוח על המטבע שווה להאצה שלו כפול המסה.
לבתי קזינו אולי יש כללים נגד סופרי כרטיסים, אבל אם אתה רוצה להשתמש בקוד כדי להצפין את ההודעה בין הטלפון שלך לבנק שלך, תרצה להיות בטוח לחלוטין שאף אחד לא יוכל לפענח את האקראיות שלך.
הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא להסתמך על מערכת שהיא כאוטית, שבה יש כל כך הרבה חוקים שפועלים בכל כך הרבה רמות שזה יהיה כמעט בלתי אפשרי לעקוב.
כמה אלגוריתמים שנוצרו על ידי מחשב מנהלים זאת. מערכות אחרות מנצלות תכונות מבולגנות של הסביבה שלנו,כמו רעש באווירה.
מחוללי מספרים אקראיים כמו זהמסופק על ידי האוניברסיטה הלאומית של אוסטרליהלהשתמש במערכות תנודות של חלקיקים שנכנסים ויוצאים מתוך ואקום.
לעתים קרובות הם טוענים שהם 'באמת' אקראיים, אבל עדיין יש מקום לוויכוח.
"קשה להבטיח שמקור קלאסי נתון הוא באמת בלתי צפוי",אומר מתמטיקאי NIST פיטר בירהורסט.
"המקור והפרוטוקול הקוונטי שלנו הם כמו בטוח כשל. אנחנו בטוחים שאף אחד לא יכול לחזות את המספרים שלנו".
הסיבה לכך היא שבניגוד למערכות כאוטיות - שהן מבולגנות אך עדיין מבוססות ביסודן על כללים שניתן לקבוע באופן תיאורטי - המחולל של NIST מתעמק במשהו שבהגדרה לא ניתן לדעת.
בשנת 2015,NIST ערכה ניסויבמטרה לסגור פרצות בתיאוריה שבסופו של דבר מוכיחה שאיינשטיין טועה לפחות בחשבון אחד בפיזיקה.
הוויכוחים במדע אינם גדולים יותר מאשר הדיונים בשאלה האם פיזיקת הקוונטים היא תיאוריה שלמה או לא.
לפי אגדות כמו ארווין הייזנברג ונילס בוהר, המציאות בנויה על יסודות של הסתברות, בכך שאין שום חוק 'נסתר' שאנו יכולים למצוא שיגיד לנו אם התוצאה תהיה כזו או אחרת.
איינשטיין, לעומת זאת, טען במספר הזדמנויות ש'אלוהים לא משחק בקוביות', ושיום אחד נשלים את תורת הקוונטים עם כלל כזה שמסיר את ה'אולי' מהמשוואה.
עשרות שנים מאוחר יותר, אדם בשם ג'ון סטיוארט בל פיתח הוכחה שהראתה או שטעינו מאוד בפיסיקה הקוונטית, או שבוהר צודק ואין חוק ברמה המקומית.
מאז, לניסויים בפיזיקה יש טעם כזה או אחר, חקרו פרצות אפשריות ברעיונות של בל, וסגרו אותם בזה אחר זה.
הניסוי של NIST עשה זאת על ידי הפרדת זוגות של פוטונים שהסתבכו כך שאם לאחד יש את המקבילה לחלקיקים של נעל שמאל, היה ידוע מיד שלפוטון השני יש את הפוטון הימני.
לאחר מכן הם חיסלו פרצות וריסקו את המספרים כדי להראות שאין כללים נסתרים שיכולים לומר לפוטון איזו נעל הוא נעל. במילים אחרות, זו הייתה בחירה אקראית באמת והם יכלו לשים עליה את חותמם.
"אנחנו בטוחים מאוד שאנחנו רואים אקראיות קוונטית מכיוון שרק מערכת קוונטית יכולה לייצר מתאמים סטטיסטיים אלה בין אפשרויות המדידה והתוצאות שלנו",אומר Bierhost.
מתוך ביטחון שזה היה אקראי ככל הנראה אקראי, NIST המשיך להשתמש במבחן זה של משפט בל כדי להצמיד מחרוזות של מספרים שאיש לא יכול היה לנחש בקצב של 1,024 סיביות כל 10 דקות.
הבדיקות הסטטיסטיות שלהם על סיביות אלה מראים אז שהם מתאימים למסקנה של בל שאין כללים מוסתרים מקומיים שאורבים מאחורי ההגרלה של 1 ו-0.
זה לא מחולל המספרים האקראיים הראשון אליולעשות שימוש בהסתברות קוונטית- מספרים אקראיים באמת נעשו בעבר.
הבעיה היא אותה ערובה מוצקה לכך שמה שנראה אקראי לא הושפע באופן בלתי הוגן מכלל קלאסי אי שם בתהליך. ובהצפנה, כל דפוס אפשרי מהווה סיכון.
המספרים האקראיים של NIST לא יאפשרו הצפנה טובה, בהינתן שהם מפורסמים לציבור. אבל התהליך שלהם יכול לעזור להבטיח שכשאנחנו אומרים שקוד הוא אקראי, אנחנו באמת מתכוונים לזה הפעם.
מחקר זה פורסם בטֶבַע.
