Las cadenas de números "pseudo-aleatorios" se utilizan normalmente como claves para codificar los mensajes que se transmiten por Internet.
El problema consiste en que, aunque estas cadenas, a efectos prácticos, parecen aleatorias, si puede craquearse el algoritmo informático que las genera, entonces están abiertas a los ataques, observa Antonio Acín, físico del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, España.
Por estas razones, muchos grupos están tratando de producir cadenas verdaderamente aleatorias, basándose en el indeterminismo inherente a los sistemas cuánticos.
Según la mecánica cuántica, es imposible predecir con certeza cómo se comportará una partícula cuántica; de modo que, en teoría, la elección de unos dígitos binarios elegidos a partir de unos fotones que enfrentan la encrucijada de dos caminos debería velar por dicha aleatoriedad.
En la práctica, sin embargo, no hay manera de confirmar que ni siquiera estas cifras sean verdaderamente aleatorias, señala Acín.
Por ejemplo, puede haber fallas en el aparato que sutilmente predispongan el paso de los fotones.
Para eludir este problema, Acín y sus colegas, han diseñado una prueba de verdad aleatoria que se remonta a los experimentos históricos sobre la naturaleza de la mecánica cuántica, que propuso por primera vez el físico John Bell, en la década de 1960.
Bell quiso confirmar que la física clásica no podía explicar las extrañas propiedades que manifestaban las 'partículas entrelazadas', las cuales se vinculan de tal manera que su medición una afecta inmediatamente el estado de su pareja. Bell calculó el máximo nivel posible de correlación entre dos partículas de cualquier sistema clásico.
En repetidas ocasiones, experimentos posteriores confirmaron que las partículas entrelazadas excedían este límite máximo, desafiando con ello a la física clásica.
Lento pero seguro
Acín y sus colegas, han demostrado que existe una relación directa entre el grado de aleatoriedad real de un sistema y el punto en el que se rompía el límite de Bell por las partículas entrelazadas.
Prepararon un auténtico generador de números aleatorios que suelta dígitos binarios basándose en repetidas mediciones cuánticas de iones de iterbio, que bien podría estar en un nivel de energía alta o baja.
Para comprobar su auténtica aleatoriedad, se entrelazaron dos iones, y se midieron ambos niveles de energía para comprobar que se correlacionaban más allá del límite de Bell.
"La violación de dicho límite confirma una técnica que aprovecha con éxito el genuino proceso de aleatoriedad cuántica", señala Acín.
"De esta manera, se puede leer una cadena de dígitos basados en los niveles de energía del ión número 1 y saber que nos dará números verdaderamente aleatorios." En el Nature [1] de esta semana, el equipo informó de haber generado 42 números verdaderamente aleatorios.
Artur Ekert, físico cuántico de la Universidad de Oxford, RU, propuso originalmente, en 1991, que el teorema de Bell se podría utilizar para crear números aleatorios verdaderos, para su uso en criptografía cuántica [2].
"Lo que este equipo ha hecho es increíble", exclamó.
Sin embargo, añade, que en su puesta a punto, los iones están solamente separados por 1 metro, y que en las aplicaciones de comunicación cuántica el equipo debe demostrar que la técnica funciona a distancias más grandes.
Hong Guo, de la Universidad de Pekín en China, está de acuerdo en probar lo esencial de una aleatoriedad verdadera.
No obstante, señala que la técnica de Acín sólo produjo 42 números aleatorios en un mes.
Por el contrario, los experimentos recientes de su grupo y otros, que aprovechan las propiedades cuánticas de los fotones de los láseres, han generado dígitos en unas proporciones de hasta 500 megabits por segundo, aunque en estos experimentos, lo auténtico de la aleatoriedad no fue la prioridad [3], [4].
"El siguiente paso para el equipo de Acín sería simplificar el experimento para una disposición más práctica", añadió Guo.
Referencias:
- [1]. Pironio, S. et al. Nature 464, 1021-1024 (2010). Article.
- [2]. Ekert, A. K. Phys. Rev. Lett. 67, 661-663 (1991). Article
- [3]. Guo, H. et al. preprint: arXiv:0908.2893v3 (2009).
- [4]. Qi, B. et al. Optics Lett. 35, 312-314 (2010).
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