Fyzici poprvé dosáhli „dokonalé náhodnosti“: Klíč k neprolomitelné kybernetické bezpečnosti

Fyzikům z ETH Curych ve Švýcarsku se poprvé v historii podařilo dosáhnout takzvané „dokonalé náhodnosti“, která je prokazatelně nepředvídatelná. Jde o významný průlom, neboť generování skutečně náhodných čísel je jednou z nejtěžších úloh ve fyzice.

Fyzikům z ETH Curych ve Švýcarsku se poprvé v historii podařilo dosáhnout takzvané „dokonalé náhodnosti“, která je prokazatelně nepředvídatelná. Jde o významný průlom, neboť generování skutečně náhodných čísel je jednou z nejtěžších úloh ve fyzice. Běžné metody, jako jsou hody kostkou, algoritmy počítačových generátorů náhodných čísel nebo dokonce házení mincí, jsou teoreticky ovlivněny fyzikálními silami nebo skrytými pravidly, což je činí předvídatelnými. Problém nespočívá v tom, že by čísla nevypadala náhodně, ale v nemožnosti prokázat, že výsledek nemohl být nikým předpovězen a že systém není ovlivněn skrytými předpojatostmi.

Tým vědců pod vedením fyzika Renata Rennera překonal tuto výzvu využitím jednoho z nejpodivnějších jevů kvantové mechaniky – kvantového provázání. Vytvořili dvojici provázaných kvantových bitů (qubitů), které byly odděleny 30 metry a ochlazeny na teploty blízké absolutní nule. Měření provedená na těchto qubitech vykazovala tak silné korelace, které nelze vysvětlit pouze klasickou fyzikou nebo předprogramovaným chováním. Tento experiment, známý jako Bellův test, byl proveden více než miliardukrát během devíti hodin, což si vyžádalo značné technické zlepšení stability a rychlosti.

Dokonalá náhodnost je zásadní pro moderní bezpečnostní systémy. Tvoří jádro, které zajišťuje obtížnou uhodnutelnost hesel, ověřovacích kódů a šifrovacích klíčů. Nedostatečná náhodnost může vést k vážným bezpečnostním zranitelnostem, jak ukázaly nedávné případy, například chyba v generování náhodných čísel pro kryptografické podpisy v klientovi SSH PuTTY v roce 2024 nebo chyba v instrukci hardwarového generátoru náhodných čísel AMD Zen 5 RDSEED v roce 2025, která generovala předvídatelné hodnoty.

Na rozdíl od předchozích kvantových generátorů náhodných čísel, které stále spoléhaly na důvěryhodný hardware a dokonale náhodné počáteční podmínky, tým z ETH Curych demonstroval „zesílení náhodnosti“. To znamená, že dokázali vzít nedokonalou náhodnost, která může obsahovat jemné vady nebo zkreslení, a transformovat ji na náhodnost, kterou lze certifikovat jako dokonale nepředvídatelnou. Tento proces je podle vědců nemožné dosáhnout čistě klasickými prostředky. V dlouhodobém horizontu by tento systém mohl plnit podobnou funkci jako atomové hodiny pro měření času – stát se fyzicky certifikovaným zdrojem náhodnosti, vůči kterému by se mohly měřit a nastavovat ostatní systémy. Výzkum byl publikován v časopise Nature.