Aleatoriedade perfeita é alcançada pela primeira vez

Gerador de números verdadeiramente aleatórios

Com a tecnologia sempre em busca de coisas cada vez mais precisas e com um mínimo de margem de erro, fica até difícil imaginar que também temos problemas no oposto do espectro: Criar algo tão aleatório que não seja possível prever o resultado.

De fato, criar aleatoriedade perfeita é surpreendentemente difícil. Mesmo os geradores de números aleatórios mais modernos nunca geram números aleatórios completamente ideais: Pequenos erros sistemáticos fazem com que alguns números apareçam com uma frequência ligeiramente maior do que outros.

Para muitas aplicações, isso não importa, mas para a criptografia isso é inaceitável: Até mesmo os menores desvios podem ser problemáticos porque podem permitir fazer uma engenharia reversa do cálculo, quebrando o segredo que deveria estar imune à espionagem.

Mas a tecnologia quântica está aí para ajudar: Anatoly Kulikov e colegas do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça, demonstraram como usar a física quântica para criar uma aleatoriedade perfeita, um marco na área da geração de números aleatórios.

“Os avanços técnicos nos permitiram, pela primeira vez, criar números aleatórios que permanecerão perfeitamente aleatórios por toda a eternidade – independentemente dos métodos analíticos utilizados para avaliar sua aleatoriedade,” comemorou o professor Renato Renner.

Visão da conexão de 30 metros entre os dois chips quânticos, um experimento que pela primeira vez garante a geração de aleatoriedade perfeita.
[Imagem: Kilian Kessler/ETH Zurich]

Da imprecisão à precisão total

Já existem geradores de números aleatórios baseados na física quântica, mas eles continuam sendo sujeitos à imprecisão dos equipamentos usados: Assim como não dá para fabricar um dado ou uma moeda com perfeição e simetria absolutas, os espelhos e divisores de luz usados nas técnicas mais avançadas têm suas próprias idiossincrasias, estampando nos resultados imprecisões que diminuem seu nível de aleatoriedade.

Para eliminar isso, a equipe usou um sistema composto por dois chips supercondutores, resfriados a temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto. Cada chip representa um bit quântico, ou qubit, que pode assumir os estados “0” ou “1”, ou qualquer superposição arbitrária desses estados. Os dois qubits são conectados por um tubo de 30 metros de comprimento, também resfriado, que permite que fótons de micro-ondas viajem entre eles, de modo a criar um entrelaçamento quântico.

Isso significa que uma medição em um qubit, que aleatoriamente resulta nos valores “0” ou “1”, influencia automaticamente e à distância se o valor medido no segundo qubit será “0” ou “1”. A separação de 30 metros garante que, durante a medição, mesmo à velocidade da luz, nenhuma informação possa ser trocada entre os qubits, o que perturbaria a aleatoriedade perfeita.

O tipo da medição nos dois qubits, por sua vez, é determinado por um gerador de números aleatórios comum, com sua imperfeição característica. A equipe então criou um algoritmo especial que extrai essa imperfeição: “A sequência resultante de zeros e uns agora é realmente perfeitamente aleatória, e podemos até certificar isso,” disse Renner.

Este novo gerador realmente aleatório deverá desempenhar um papel semelhante ao dos relógios atômicos na segurança digital, no que diz respeito à medição do tempo: Uma fonte de aleatoriedade fisicamente certificada, na qual outros sistemas podem confiar, será útil para a criptografia de comunicações sensíveis, a geração de identidades digitais, serviços públicos de aleatoriedade para loterias, aplicações em cadeia de blocos (blockchain) e muito mais.