معهد ETH Zurich يُنتج أعداداً عشوائية "مثالية ومعتمدة رياضياً" للمرة الأولى

لطالما اعتُبرت العشوائية الكمومية المعيار الذهبي لأمن التشفير، لكن إثبات أن رقماً ما هو عشوائي بحق – وليس فقط مقنعاً إحصائياً – ظل تحدياً مفتوحاً. في مايو 2026، أغلق فيزيائيون في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich) هذه الفجوة. فقد نشر فريق بقيادة ريناتو رينر وأندرياس فالراف طريقةً في مجلة Nature تُنتج أعداداً عشوائية مثالية قابلة للاعتماد، دون الحاجة إلى أي ثقة في المادة المصدر أو الجهاز الكمومي نفسه .

لا تحاول تقنيتهم، المسماة تضخيم العشوائية، بناء مولّد أرقام عشوائية لا تشوبه شائبة من الصفر. بدلاً من ذلك، تأخذ مصدراً غير مثالي، بل ومعلوماً للعموم، للعشوائية وتستخدم الفيزياء الكمومية لترشيحه إلى تيار معتمد رياضياً من البتات الخاصة التي لا يمكن التنبؤ بها . والنتيجة هي نوع من العشوائية يمكن إثبات جودته شكلياً، بدلاً من مجرد افتراضها.

كيف تقوم تقنية تضخيم العشوائية بترشيح العشوائية الضعيفة إلى الكمال

يعمل البروتوكول على ثلاث مراحل:

1. البدء بعشوائية غير مثالية. لا تحتاج العملية إلى بذرة موثوقة. يمكنها أن تبدأ بمولّد أرقام عشوائية متحيز، أو حتى سلسلة تكون قابليتها الضعيفة للتنبؤ معرفة عامة – طالما أنها تحتفظ على الأقل بـ بعض من عدم القدرة الحقيقية على التنبؤ .

2. خلق التشابك عبر وصلة طولها 30 متراً. يتم تبريد شريحتين كموميتين فائقتي التوصيل إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق وتوصيلهما عبر وصلة تبريدية طولها 30 متراً . وتوضع الشريحتان في حالة تشابك، مما يعني أن القياسات على إحدى الشريحتين ترتبط فوراً بحالة الشريحة الأخرى – وهي سمة مميزة لعدم الموضعية الكمومية.

3. اعتماد العشوائية باختبار بيل الخالي من الثغرات. تُحدد العشوائية الضعيفة إعدادات القياس المطبقة على الكيوبتات المتشابكة. وعندما تنتهك الارتباطات الناتجة متباينة بيل بما يتجاوز أي تفسير للمتغيرات الخفية المحلية، تُثبت النتائج أنها غير قابلة للتنبؤ بشكل أساسي – ليست فقط غير معروفة، بل عشوائية بطبيعتها . هذا الانتهاك لاختبار بيل "يضخم" بشكل فعال العشوائية المدخلة منخفضة الجودة إلى بتات خرج خاصة شبه مثالية.

البصيرة الحاسمة هي أن اختبار بيل لا يؤكد فقط وجود التشابك؛ بل يتحرى ويعتمد ديناميكياً عشوائية عملية القياس الكمومي نفسها .

ما يعنيه هذا للأمن الرقمي

تزيل العشوائية المثالية المعتمدة ثغرة تأسيسية في أنظمة التشفير:

• تصبح مفاتيح التشفير والتواقيع غير المشروطة الأمان ممكنة عندما تكون العشوائية الأساسية مثبتة رياضياً بعدم قابليتها للتنبؤ، حتى ضد جهات فاعلة خبيثة تمتلك قدرة حسابية غير محدودة .
• النشر دون ثقة هو الوضع الافتراضي: يظل الاعتماد سارياً حتى لو تم توفير الأجهزة الكمومية من قبل طرف ثالث غير موثوق أو يُشتبه في كونها مخترقة .
• تتحسن نزاهة العمليات العامة في اليانصيب، وتدقيق الانتخابات، والاقتراع التشفيري، حيث أي تحيز خفي في العملية العشوائية المفترضة من شأنه أن يقوض النتائج العادلة .

المقايضة هنا هي في الإنتاجية. يتطلب تحقيق الاعتماد المثالي تعقيداً تجريبياً يحد حالياً من المعدل الذي يمكن به توليد البتات العشوائية، مقارنة بمولدات الأرقام العشوائية الكمومية التجارية غير المعتمدة.

كيف تقارن طريقة ETH Zurich بتوسيع العشوائية المعتمد من JPMorgan

جاء إعلان ETH Zurich في مايو 2026 بعد أكثر من عام بقليل من علامة فارقة مهمة أخرى: في مارس 2025، عرض فريق من JPMorganChase و Quantinuum ومختبر أرجون الوطني ومختبر أوك ريدج الوطني وجامعة تكساس في أوستن توسيع العشوائية المعتمد باستخدام حاسوب كمومي بأيونات محتجزة مكون من 56 كيوبت، نُشر أيضاً في Nature . يمثل هذان الإنجازان نهجين متكاملين للمشكلة نفسها، بنقاط قوة مختلفة.

تضخيم العشوائية من ETH Zurich يبدأ بحجم كبير من العشوائية العامة غير المثالية ويرشحها إلى كمية أصغر من العشوائية المثالية. التقنية مستقلة عن الجهاز: لا يعتمد الضمان الرياضي على الثقة في الجهاز، مما يجعله قوياً حتى ضد جهة مصنعة خبيثة للأجهزة . إنها تحل المشكلة التأسيسية الأصعب – فأنت لا تحتاج إلى بذرة مثالية موثوقة على الإطلاق.

توسيع العشوائية من JPMorgan، المستند إلى بروتوكول 2018 الذي اقترحه سكوت آرونسون، يأخذ بذرة عشوائية قصيرة وموثوقة ويوسعها إلى حجم أكبر بكثير من المخرجات العشوائية المعتمدة . استخدمت التجربة معالج Quantinuum H2 الذي يُجري عمليات أخذ عينات عشوائية من الدوائر والتحقق الكلاسيكي على حواسيب فائقة بمقياس الإكسافلوب للتصديق على ما لا يقل عن 71,313 بت من الإنتروبيا . الضمان قوي بشكل عدائي – آمن ضد حاسوب كمومي خبيث – لكن البروتوكول يتطلب بذرة أولية موثوقة لا يتطلبها نهج ETH .

يعالج الأسلوبان سيناريوهات عملية مختلفة. توسيع JPMorgan يُنتج أعداداً أكبر بكثير من البتات العشوائية وهو أقرب إلى التكامل مع البنية التحتية الحالية للحوسبة الكمومية . تضخيم ETH Zurich يحل مشكلة البذرة على مستوى أكثر جوهرية، مثبتاً أنه يمكن استخراج عشوائية مثالية من عالم لا توجد فيه عشوائية موثوقة للبدء بها أصلاً .

لا تُعتبر أي من الطريقتين حالياً بديلاً جاهزاً لمولدات الأرقام العشوائية القياسية في أنظمة الإنتاج، لكنهما معاً يرسمان الطريق من العشوائية الإحصائية غير القابلة للتحقق – التي لطالما حملت بقايا غير مريحة من الشك في سياقات الأمن العالي – نحو ضمانات معتمدة رياضياً. سيكون التحدي التالي هو هندسة هذه البراهين على المفهوم لتتحول إلى أجهزة وبروتوكولات يمكنها العمل على نطاق واسع مع الحفاظ على ضمانات اعتمادها.