Квантовый фильтр: из грязных битов в кристально чистую случайность экспресс
Современное шифрование нельзя представить без по-настоящему случайных чисел. Но стандартный источник может быть ненадёжным или даже намеренно испорчен. Выход предложили экспериментаторы, построившие квантовый процессор на 98 ионах — он работает как высокоскоростной фильтр, превращая «грязный» сигнал в кристально непредсказуемый. В основе лежат открытия Джона Белла, Алена Аспе и Антона Цайлингера о квантовой запутанности — мгновенной связи частиц на любом расстоянии. Ионы внутри процессора запутываются, а затем измеряются в случайном порядке, который становится известен лишь за миллисекунды до измерения. Из-за скорости света любое вмешательство с расстояния больше 4500 км не успело бы достичь процессора за отведённые 30 миллисекунд. Даже суперкомпьютер, стоящий вплотную к источнику, оказался бы бессилен подсунуть фальшивку. Так слабый, предсказуемый поток обретает высокую энтропию — меру непредсказуемости. Эксперимент впервые провёл такую очистку удалённо, подтверждая, что доверять случайности можно лишь тогда, когда она опирается на фундамент Стандартной модели и её квантовых законов.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Раньше для усиления случайности требовалось, чтобы источник и измеритель находились в одной лаборатории. Здесь это впервые сделали удалённо, открыв путь к глобальной квантовой криптографии.