المرشح الكمومي: من البتات غير النقية إلى العشوائية النقية ⚡ экспресс
يتطلب التشفير أعدادًا غير قابلة للتنبؤ حقًا، لكن المصادر الفيزيائية تعطي بتات منحازة أو مترابطة. تسمح ميكانيكا الكم بتضخيم العشوائية غير الكاملة إلى شبه كاملة، لكن العروض السابقة اعتمدت على اختبارات بيل الخالية من الثغرات بأجهزة متطابقة مكانيًا، مما قيد العمل عن بعد. تم تنفيذ تضخيم العشوائية المعتمد في شبكة على معالج كمومي أيوني محتجز Quantinuum Helios مكون من 98 كيوبت. طُبقت البوابات الكمومية في الزمن الحقيقي، وحُفظ تماسك الحالة لنحو 0.9 ثانية، وأُبلغت قواعد القياس للمعالج قبل أجزاء من الثانية فقط من القياس، مما قيد وقت التزوير الكلاسيكي بـ 30 مللي ثانية ونصف قطر الخصم الافتراضي بـ 4500 كم. على دوائر عشوائية من 64 كيوبت مع 276 بوابة ثنائية الكيوبت، تحققت دقة 0.586، مما سمح بتضخيم تيار عشوائي ضعيف بمعدل إنتروبيا منخفض إلى عشوائية مثالية عمليًا. البروتوكول آمن حتى لو اختُرق الجهاز البعيد، شريطة أن يكون توليد العينات أسرع من المحاكاة الكلاسيكية للدوائر الكمومية.
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.
🎯 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.