Filtro cuántico: de bits sucios a una aleatoriedad cristalina ⚡ экспресс
La criptografía requiere números verdaderamente impredecibles, pero las fuentes físicas proporcionan bits sesgados o correlacionados. La mecánica cuántica permite amplificar la aleatoriedad imperfecta hasta casi perfecta, aunque demostraciones anteriores se basaban en pruebas de Bell sin lagunas con dispositivos espacialmente cercanos, lo que limitaba el trabajo remoto. La amplificación certificada de aleatoriedad se ha implementado en red con el procesador cuántico de iones atrapados de 98 cúbits Quantinuum Helios. Las puertas cuánticas se aplicaron en tiempo real, la coherencia del estado se mantuvo durante unos 0,9 s, y las bases de medición se comunicaron al procesador solo milisegundos antes de la medición, lo que limitó el tiempo de falsificación clásica a 30 ms y el radio del hipotético adversario a 4500 km. En circuitos aleatorios de 64 cúbits con 276 puertas de dos cúbits, se alcanzó una precisión de 0,586, lo que permitió amplificar un flujo aleatorio débil con baja tasa de entropía hasta una aleatoriedad prácticamente ideal. El protocolo es seguro incluso si el dispositivo remoto está comprometido, siempre que la generación de muestras ocurra más rápido de lo que es posible simular clásicamente los circuitos cuánticos.
La criptografía moderna no se concibe sin números verdaderamente aleatorios. Pero la fuente estándar puede ser poco fiable o incluso estar manipulada deliberadamente. La solución la propusieron unos experimentadores que construyeron un procesador cuántico de 98 iones: funciona como un filtro de alta velocidad, convirtiendo una señal «sucia» en algo cristalino e impredecible. En la base están los descubrimientos de John Bell, Alain Aspect y Anton Zeilinger sobre el entrelazamiento cuántico, esa conexión instantánea entre partículas a cualquier distancia. Los iones dentro del procesador se entrelazan y luego se miden en un orden aleatorio que solo se conoce milisegundos antes de la medición. Debido a la velocidad de la luz, cualquier intervención desde más de 4500 km no llegaría al procesador en los 30 milisegundos disponibles. Incluso un superordenador situado justo al lado de la fuente sería incapaz de colar un dato falso. Así, un flujo débil y predecible adquiere una alta entropía, la medida de la impredecibilidad. El experimento realizó esta purificación de forma remota por primera vez, confirmando que solo podemos confiar en la aleatoriedad cuando se apoya en los cimientos del Modelo Estándar y sus leyes cuánticas.
🎯 Antes, para amplificar la aleatoriedad, la fuente y el medidor debían estar en el mismo laboratorio. Aquí se ha hecho de forma remota por primera vez, abriendo el camino a la criptografía cuántica global.