المرشح الكمومي: من البتات غير النقية إلى العشوائية النقية سريع
لا يمكن تصور التشفير الحديث دون أرقام عشوائية حقيقية. لكن المصدر القياسي قد يكون غير موثوق أو حتى مخترقا عمدا. اقترح الخبراء التجريبيون حلا عبر بناء معالج كمومي يعمل بـ 98 أيونا — حيث يعمل كمرشح عالي السرعة، محولا الإشارة غير النقية إلى إشارة عشوائية نقية لا يمكن التنبؤ بها. يقوم هذا العمل على اكتشافات جون ستيوارت بل وآلان أسبيه وأنطون تسايلينغر حول التشابك الكمومي — أي الترابط الفوري بين الجسيمات مهما بعدت المسافة. تتشابك الأيونات داخل المعالج، ثم تُقاس بترتيب عشوائي لا يُكشف عنه إلا قبل القياس ببضعة أجزاء من الثانية. بسبب سرعة الضوء، فإن أي تدخل من مسافة تزيد عن 4500 كم لا يمكن أن يصل إلى المعالج خلال الـ 30 ميلي ثانية المتاحة. حتى الحاسوب الفائق الموجود بجوار المصدر مباشرة، يعجز عن إدخال أي تلاعب. وهكذا يكتسب التيار الضعيف القابل للتنبؤ أعلى درجات الإنتروبيا — أي مقياس العشوائية وعدم القدرة على التنبؤ. وللمرة الأولى، تُجرى عملية التنقية هذه عن بُعد، مما يؤكد أنه لا يمكن الوثوق بالعشوائية إلا عندما تستند إلى أساس النموذج القياسي وقوانينه الكمومية.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2511.03686
Cryptography depends on truly unpredictable numbers, but physical sources emit biased or correlated bits. Quantum mechanics enables the amplification of imperfect randomness into nearly perfect randomness, but prior demonstrations have required physically co-located, loophole-free Bell tests, constraining the feasibility of remote operation. Here we realize certified randomness amplification across a network by dynamically probing large, entangled quantum states on Quantinuum's 98-qubit Helios trapped-ion quantum processor. Our protocol is secure even if the remote device acts maliciously or is compromised by an intercepting adversary, provided the samples are generated quickly enough to preclude classical simulation of the quantum circuits. We stream quantum gates in real time to the quantum processor, maintain quantum state coherence for $$\approx 0.9$$ seconds, and then reveal the measurement bases to the quantum processor only milliseconds before measurement. This limits the time for classical spoofing to 30 ms and constrains the location of hypothetical adversaries to a $$4{,}500$$ km radius. We achieve a fidelity of 0.586 on random circuits with 64 qubits and 276 two-qubit gates, enabling the amplification of realistic imperfect randomness with a low entropy rate into nearly perfect randomness.
في السابق، كان تعزيز العشوائية يتطلب أن يكون المصدر وجهاز القياس في مختبر واحد. وهنا، ولأول مرة، تم ذلك عن بُعد، مما يفتح الطريق أمام التشفير الكمومي العالمي.