Není tajemstvím, že generování skutečně náhodných čísel představuje chronický problém současné vědy a technologií. Doopravdy náhodná čísla je možné získávat tradičními metodami, jako jsou hody mincí, vrhání kostkami nebo roztáčení rulety. Pro hazardní hry to obvykle stačí, ale pro moderní aplikace je to zcela nepraktické. Počítače obvykle používají generátory pseudonáhodných čísel, ty ale fungují tak pro videohry a pro náročnější aplikace opět nejsou moc vhodné.
Co nejvíce náhodná čísla jsou přitom velmi důležitá pro kryptografii nebo pro statistické analýzy a simulace, na kterých zase stojí podstatná část soudobé vědy. Určitou možnost nabízejí fyzikální generátory náhodných čísel. Mohou například vytahovat náhodná čísla z nepředvídatelných atomárních jevů, jako jsou radioaktivní rozpady. Generátor Lavarand od Silicon Graphics zase používal lávové lampy.
Marco Pistoia z Global Technology Applied Research u JPMorganChase a jeho spolupracovníci přicházejí s kvantovým průlomem v oblasti kvantových čísel, který by mohl mít dalekosáhlé důsledky. Použili 56-qubitový kvantový počítač, s nímž poprvé experimentálně předvedli náhodnost, kterou poté ověřili s klasickým superpočítačem. Otevřeli tím cestu k praktickému využití kvantových počítačů, které zatím poněkud vázne.
Badatelé použili protokol certifikované náhodnosti, který v roce 2018 navrhl Scott Aaronson z Quantum Information Center na UT Austin. Jak přiznává, v té době netušil, jak dlouho potrvá, než to někdo experimentálně uskuteční. Teď k tomu došlo a je to první krok k využití kvantových počítačů jako generátorů certifikovaných náhodných čísel pro náročné kryptografické aplikace.
V experimentu sehrál klíčovou roli 56-qubitový iontový kvantový počítač (trapped-ion quantum computer) Quantinuum System Model H2. Byl připojený na dálku, přes internet a generoval náhodné bity. Ve Quantinuu si pochvalují, že se jejich technologie iontového kvantového počítače osvědčila a že umožňuje solidní kvantové zabezpečení, stejně jako pokročilé simulace doopravdy náhodnou povahou napříč mnoha odvětvími, včetně financí nebo průmyslu.
Video: Marco Pistoia The Important of Quantum Computing for Financial Institutions
Video: Quantinuum System Model H2: 56 Qubits Challenging the World's Best Supercomputers
Literatura
Fotoakustický tomograf – perspektivní nástupce radiologického mamografu
Autor: Dagmar Gregorová (21.06.2018)
První praktický kvantový generátor náhodných čísel by měl zastavit kyberútoky
Autor: Stanislav Mihulka (08.07.2018)
Iontové kvantové počítače by mohly strčit do kapsy své kvantové konkurenty
Autor: Stanislav Mihulka (03.03.2019)
Krystalizační robot: Nový generátor náhodných čísel využívá růst krystalů
Autor: Stanislav Mihulka (23.02.2020)
Nová technologie generuje náhodná čísla ďábelskou rychlostí 100 Gbit/s
Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2023)
Kvantové provázaní fotonů odlišných energií
Autor: Dagmar Gregorová (06.06.2023)
Tak nám zmizel nejjasnější signál exotické fyziky
Autor: Vladimír Wagner (08.08.2024)
Diskuze:
Co je na tom tak složité?
Jan Slovan,2025-04-02 09:09:34
Myslel jsem, že stačí následující:
Posílají se fotony na krystal, který na jednu stranu posílá fotony polarizované v určitém daném směru a na jinou stranu fotony polarizované v jiném daném směru (kolmém k tomu prvním, na tom ale tady nesejde).
Za oběma výstupy fotonů je další krystal, který je otočený o 45 stupňů vůči polarizaci fotonů, které do něj přilétají. Tyto dva krystaly za těmi dvěma směry můžou být vytíženy každý jinak v závislosti na původním fotonu, avšak samy už generují bity s pravděpodobností 50%:50%.
Může mně, prosím, někdo vysvětlit, proč nestačí náhodné bity generovat takto?
Re: Co je na tom tak složité?
D@1imi1 Hrušk@,2025-04-02 11:18:46
V reálném světě by ten druhý krystal byl otočen třeba jen o 44,99999999° a výstup by už nebyl zcela náhodný. To je podle mě hlavní problém.
Re: Re: Co je na tom tak složité?
Pavel Kaňkovský,2025-04-02 21:14:49
Takový nedostatek, pokud jsou jednotlivé generované bity nezávislé, lze kompenzovat, např. von Neumannovou metodou, jakkoli je dost marnotratná. Viz https://en.wikipedia.org/wiki/Fair_coin#Fair_results_from_a_biased_coin
S kvantovým počítačem by něco podobného šlo implementovat s jediným qubitem tak, že bych vzal qubit inicializovaný třeba na |0>, aplikoval Hadamardovo hradlo, což by dalo sqrt(1/2)(|0> + |1>), a pak qubit změřil.
Ale popsaná metoda dělá něco mnohem sofistikovanějšího. Důležité je to slovo "certifikovaný". Zřejmě jde o to, že jako generátor mohu použít kvantový počítač, třeba i cizí, o kterém nemusím slepě předpokládat, že je důvěryhodný a funguje očekávaným způsobem.
Re: Re: Re: Co je na tom tak složité?
Jakub Matouš,2025-04-02 23:07:15
Tak jestli sem článek pochopil správně, tak je generátor náhodných čísel na kvantovém počítači je pouze software. Tudíž si můžeš vygenerovat náhodné číslo a po zbytek času využívat kvantový počítač na něco jiného. To u vámi navrhovaného nejde.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
