Γεγονός η πρώτη κβαντική «γεννήτρια» πραγματικά τυχαίων αριθμών

22 Απριλιου 2010
Posted in Επικαιρότητα

Αμερικανοί και Ευρωπαίοι φυσικοί, αξιοποιώντας το φαινόμενο του λεγόμενου «κβαντικού εναγκαλισμού» (όταν δύο καταστάσεις μυστηριωδώς επικοινωνούν από απόσταση και αλληλοεπηρεάζονται), κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα μηχάνημα που «γεννά» αυθεντικά τυχαίους αριθμούς, κλείνοντας έτσι και την τελευταία «τρύπα» στον τομέα της κρυπτογράφησης.

Το επίτευγμα βοηθά να ανοίξει ο δρόμος για την επόμενη γενιά απόλυτα ασφαλών και μυστικών επικοινωνιών. Η ανακάλυψη έγινε από ερευνητές υπό τον καθηγητή φυσικής του Κοινού Κβαντικού Ινστιτούτου του πανεπιστημίου του Μέριλαντ των ΗΠΑ Κρις Μονρόε και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό “Nature”, σύμφωνα με το Γαλλικό Πρακτορείο.

Οι κρυπτογράφοι χρησιμοποιούν τυχαίους αριθμούς ως «κλειδιά» για την κωδικοποίηση και την αποκωδικοποίηση των μηνυμάτων, ώστε να αποτρέψουν κάθε πιθανό «ωτακουστή», ο οποίος αναζητά κάποιο μη τυχαίο μοτίβο στους αριθμούς για να «σπάσει» την κρυπτογράφηση. Οι κρυπτογράφοι χρησιμοποιούν μαθηματικούς αλγόριθμους, γνωστούς ως «γεννήτριες ψευδο-τυχαίων αριθμών», για να παράγουν τέτοιες σειρές αριθμών.

Μέχρι σήμερα, όμως αυτές οι γεννήτριες δεν εξασφάλιζαν απόλυτα ότι δεν θα παραβιαστεί η κρυπτογράφηση, επειδή π.χ. υπήρχε πάντα ο φόβος ότι το μηχάνημα κάποια στιγμή μπορεί να επαναλάβει τον εαυτό του, διευκολύνοντας έτσι τους αποκρυπτογράφους. Επίσης μπορεί όσοι έχουν δημιουργήσει το λογισμικό για τη γεννήτρια των αριθμών, να έχουν κρατήσει ένα αντίγραφό του, κάτι που θα αποτελούσε «δούρειο ίππο».

Το νέο μηχάνημα διαλύει τέτοιους φόβους, καθώς παράγει αυθεντικά τυχαίους αριθμούς, σε καθεστώς απόλυτης ιδιωτικότητας. Στην κβαντομηχανική, που αποτελεί την επιστήμη της ύλης και της ενέργειας στην μικρότερη δυνατή κλίμακα, οι ιδιότητες των πραγμάτων είναι εγγενώς αβέβαιες. Αν και η πιθανότητα μιας οποιασδήποτε ιδιότητας μπορεί να υπολογισθεί εκ των προτέρων, η ιδιότητα αποκτά μια δεδομένη και συγκεκριμένη αξία (και όχι πια πιθανότητα), μόνο όταν μετρηθεί - και η αξία αυτή είναι εκ φύσεως τυχαία. Συνεπώς, είναι δυνατό να πάρει κανείς μια σειρά πραγματικά τυχαίων αριθμών εκτελώντας διαδοχικές κβαντικές μετρήσεις, ανεξάρτητες μεταξύ τους.

Οι ερευνητές εκμεταλλεύτηκαν αυτές τις αρχές της κβαντομηχανικής, σύμφωνα με την οποία τα σωματίδια της ύλης ή του φωτός (φωτόνια) βρίσκονται σε τυχαίες καταστάσεις (π.χ. η θέση ενός ηλεκτρονίου ή η πόλωση ενός φωτονίου). Παράλληλα όμως, εξαιτίας του «κβαντικού εναγκαλισμού», δύο σωματίδια ή φωτόνια μπορούν να βρεθούν σε τέτοια αλληλεξάρτηση που ακόμα κι αν βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους, οι καταστάσεις τους είναι ίδιες. Έτσι, αν μετρήσει κανείς τις τυχαίες ιδιότητες ενός σωματιδίου ή φωτονίου, αυτομάτως γνωρίζει τις ιδιότητες και του άλλου.

Το φαινόμενο αυτό, που έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τα αξιώματα της κλασικής φυσικής (γι’ αυτό, άλλωστε, ο Αϊνστάιν δεν το αποδεχόταν και το είχε ονομάσει «στοιχειωμένη δράση από απόσταση»), βοήθησε τους ερευνητές να γεννήσουν γνήσια τυχαίους αριθμούς, που επέτρεψαν την κρυπτογράφηση και αποστολή μηνυμάτων σε μεγάλη απόσταση. Προς το παρόν πάντως, η νέα μέθοδος δεν μπορεί να αξιοποιηθεί πρακτικά, γιατί η γέννηση των τυχαίων αριθμών είναι ακόμα υπερβολικά αργή ως διαδικασία, ενώ οι κρυπτογράφοι χρειάζονται αστραπιαίες ταχύτητες – όμως αποδείχτηκε στην πράξη ότι είναι εφικτή η παραγωγή απαραβίαστων πραγματικών τυχαίων αριθμών.

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι τα επόμενα χρόνια η όλη διαδικασία θα επιταχυνθεί σε μεγάλο βαθμό και έτσι θα είναι πια αξιοποιήσιμη. Σύμφωνα με τον Μονρόε, το αυθεντικά τυχαίο είναι σχεδόν αδύνατο, καθώς «το αποτέλεσμα μιας οποιασδήποτε κλασσικής φυσικής διαδικασίας μπορεί τελικά να προβλεφθεί, αν υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για τις αρχικές συνθήκες. Μόνο οι κβαντικές διαδικασίες μπορούν να είναι γνήσια τυχαίες και, ακόμα και τότε, πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι η συσκευή (σ.σ. γεννήτρια αριθμών) είναι μόνο κβαντική και δεν ενσωματώνει υπολείμματα κλασσικής φυσικής στο εσωτερικό της». Αυτό ακριβώς θεωρούν ότι πέτυχαν οι ερευνητές με τη βοήθεια του «κβαντικού εναγκαλισμού».

20/04/2010 - enet.gr