ETH ज्यूरिख ने क्वांटम उलझाव से बनाए पहले प्रमाणित रूप से परफेक्ट रैंडम नंबर

क्वांटम रैंडमनेस को लंबे समय से क्रिप्टोग्राफिक सुरक्षा के लिए स्वर्ण मानक माना जाता था, लेकिन यह साबित करना कि कोई संख्या वास्तव में रैंडम है—न कि सिर्फ सांख्यिकीय रूप से विश्वसनीय—एक खुली चुनौती बनी हुई थी। मई 2026 में, ETH ज्यूरिख के भौतिकविदों ने इस कमी को पूरा कर दिया। रेनाटो रेनर और एंड्रियास वॉलरफ के नेतृत्व वाली एक टीम ने नेचर में एक ऐसी विधि प्रकाशित की, जो प्रमाणित रूप से परफेक्ट रैंडम नंबर उत्पन्न करती है, और इसके लिए न तो स्रोत सामग्री पर और न ही क्वांटम हार्डवेयर पर किसी भरोसे की ज़रूरत होती है ।

उनकी तकनीक, जिसे रैंडमनेस एम्प्लीफिकेशन (यादृच्छिकता प्रवर्धन) कहा जाता है, शुरू से एक दोषरहित रैंडम नंबर जनरेटर बनाने की कोशिश नहीं करती। इसके बजाय, यह रैंडमनेस के एक अपूर्ण, यहां तक कि सार्वजनिक रूप से ज्ञात स्रोत को लेती है और क्वांटम भौतिकी का उपयोग करके इसे गणितीय रूप से प्रमाणित, निजी और अप्रत्याशित बिट्स की एक धारा में फ़िल्टर करती है । इसका परिणाम एक ऐसी रैंडमनेस है जिसकी गुणवत्ता को केवल मानने के बजाय औपचारिक रूप से सिद्ध किया जा सकता है।

कैसे रैंडमनेस एम्प्लीफिकेशन कमज़ोर रैंडमनेस को परफेक्ट बनाता है

यह प्रोटोकॉल तीन चरणों में काम करता है:

1. अपूर्ण रैंडमनेस से शुरुआत। इस प्रक्रिया के लिए किसी विश्वसनीय बीज की आवश्यकता नहीं होती। यह एक पक्षपाती रैंडम नंबर जनरेटर से शुरू हो सकती है, या फिर एक ऐसी स्ट्रिंग से भी, जिसकी कमज़ोर पूर्वानुमेयता सार्वजनिक जानकारी हो—बशर्ते उसमें कम से कम कुछ वास्तविक अप्रत्याशितता बरकरार रहे ।

2. 30-मीटर लिंक पर उलझाव बनाना। दो सुपरकंडक्टिंग क्वांटम चिप्स को परम शून्य के करीब ठंडा किया जाता है और एक 30-मीटर क्रायोजेनिक लिंक द्वारा जोड़ा जाता है । उन्हें 'उलझी हुई' (एंटैंगल्ड) अवस्था में रखा जाता है, जिसका अर्थ है कि एक चिप पर माप तुरंत दूसरे की स्थिति से संबंधित हो जाता है—क्वांटम नॉन-लोकैलिटी की एक पहचान।

3. लूपहोल-फ्री बेल टेस्ट से रैंडमनेस को प्रमाणित करना। कमज़ोर रैंडमनेस, उलझे हुए क्वांटम बिट्स पर लागू माप सेटिंग्स को निर्धारित करती है। जब परिणामी सहसंबंध एक बेल असमानता का उल्लंघन इस हद तक करते हैं कि कोई स्थानीय-छिपे-चर व्याख्या संभव न हो, तो परिणाम मूल रूप से अप्रत्याशित साबित होते हैं—न केवल अज्ञात, बल्कि अंतर्निहित रूप से स्टोकेस्टिक । यह बेल उल्लंघन प्रभावी रूप से निम्न-श्रेणी की इनपुट रैंडमनेस को लगभग-परफेक्ट निजी आउटपुट बिट्स में "एम्प्लीफाई" कर देता है।

महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि यह है कि बेल टेस्ट सिर्फ उलझाव के अस्तित्व की पुष्टि नहीं करता; यह गतिशील रूप से क्वांटम माप प्रक्रिया की रैंडमनेस की जांच और प्रमाणन करता है ।

डिजिटल सुरक्षा के लिए इसके मायने

प्रमाणित रूप से परफेक्ट रैंडमनेस क्रिप्टोग्राफिक सिस्टम की एक बुनियादी कमज़ोरी को दूर करती है:

• बिना शर्त सुरक्षित कुंजियाँ और हस्ताक्षर तब संभव होते हैं जब अंतर्निहित रैंडमनेस गणितीय रूप से अप्रत्याशित साबित हो, यहां तक कि असीमित कम्प्यूटेशनल शक्ति वाले विरोधियों के खिलाफ भी ।
• ज़ीरो-ट्रस्ट डिप्लॉयमेंट डिफ़ॉल्ट हो जाता है: प्रमाणन तब भी लागू रहता है, जब क्वांटम उपकरण किसी अविश्वसनीय तीसरे पक्ष द्वारा आपूर्ति किए गए हों या उनसे समझौता होने का संदेह हो ।
• सार्वजनिक प्रक्रियाओं की अखंडता लॉटरी, चुनाव ऑडिट और क्रिप्टोग्राफिक सॉर्टिशन के लिए बेहतर होती है, जहां माना जाता है कि रैंडम प्रक्रिया में कोई भी छिपा पूर्वाग्रह निष्पक्ष परिणामों को कमज़ोर कर देगा ।

यहां एक व्यापार-निष्ठा है: थ्रूपुट। परफेक्ट प्रमाणन प्राप्त करने के लिए प्रायोगिक जटिलता की आवश्यकता होती है जो वर्तमान में, व्यावसायिक गैर-प्रमाणित क्वांटम रैंडम नंबर जनरेटर की तुलना में, उस दर को सीमित करती है जिस पर रैंडम बिट्स उत्पन्न किए जा सकते हैं।

ETH ज्यूरिख की विधि की जेपी मॉर्गन की प्रमाणित रैंडमनेस एक्सपेंशन से तुलना

ETH ज्यूरिख की मई 2026 की घोषणा एक और महत्वपूर्ण मील के पत्थर के ठीक एक साल से अधिक समय बाद आई: मार्च 2025 में, JPMorganChase, Quantinuum, Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory और UT Austin की एक टीम ने 56-क्वबिट ट्रैप्ड-आयन क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करके प्रमाणित रैंडमनेस एक्सपेंशन (प्रमाणित यादृच्छिकता विस्तार) का प्रदर्शन किया, जिसे नेचर में भी प्रकाशित किया गया था । ये दो उपलब्धियां एक ही समस्या के लिए पूरक दृष्टिकोणों का प्रतिनिधित्व करती हैं, जिनकी अपनी अलग-अलग खूबियां हैं।

ETH ज्यूरिख का रैंडमनेस एम्प्लीफिकेशन बड़ी मात्रा में अपूर्ण, सार्वजनिक रैंडमनेस से शुरू होता है और इसे फ़िल्टर करके थोड़ी मात्रा में परफेक्ट रैंडमनेस में बदलता है। यह तकनीक डिवाइस-इंडिपेंडेंट है: गणितीय गारंटी हार्डवेयर पर भरोसा करने पर निर्भर नहीं करती, जो इसे एक दुर्भावनापूर्ण डिवाइस निर्माता के खिलाफ भी मज़बूत बनाती है । यह अधिक कठिन बुनियादी समस्या का समाधान करती है—आपको किसी विश्वसनीय परफेक्ट बीज की बिल्कुल भी ज़रूरत नहीं है।

जेपी मॉर्गन का रैंडमनेस एक्सपेंशन, स्कॉट आरोनसन द्वारा 2018 में प्रस्तावित एक प्रोटोकॉल पर आधारित, एक छोटा, विश्वसनीय रैंडम बीज लेता है और इसे बहुत बड़ी मात्रा में प्रमाणित रैंडम आउटपुट में विस्तारित करता है । प्रयोग में Quantinuum के H2 प्रोसेसर का उपयोग किया गया, जो रैंडम सर्किट सैंपलिंग चला रहा था, और एक्सास्केल सुपरकंप्यूटरों पर शास्त्रीय सत्यापन करके कम से कम 71,313 बिट्स एन्ट्रापी को प्रमाणित किया गया । यह गारंटी प्रतिकूल रूप से मज़बूत है—एक दुर्भावनापूर्ण क्वांटम कंप्यूटर के खिलाफ सुरक्षित—लेकिन प्रोटोकॉल के लिए एक प्रारंभिक विश्वसनीय बीज की आवश्यकता होती है, जिसकी ETH दृष्टिकोण को ज़रूरत नहीं है ।

दोनों विधियां अलग-अलग व्यावहारिक परिदृश्यों को संबोधित करती हैं। जेपी मॉर्गन का विस्तार काफी अधिक रैंडम बिट्स उत्पन्न करता है और मौजूदा क्वांटम कंप्यूटिंग बुनियादी ढांचे के साथ एकीकरण के करीब है । ETH ज्यूरिख का एम्प्लीफिकेशन सीडिंग समस्या को अधिक बुनियादी स्तर पर हल करता है, यह साबित करते हुए कि एक ऐसी दुनिया से परफेक्ट रैंडमनेस निकाली जा सकती है जहां शुरू में कोई विश्वसनीय रैंडमनेस मौजूद ही नहीं है ।

वर्तमान में, दोनों में से कोई भी विधि उत्पादन प्रणालियों में मानक रैंडम नंबर जनरेटर के लिए तत्काल प्रतिस्थापन नहीं है, लेकिन साथ में वे असत्यापित सांख्यिकीय रैंडमनेस—जो हमेशा उच्च-सुरक्षा संदर्भों में संदेह का एक असहज अवशेष रखती है—से गणितीय रूप से प्रमाणित गारंटियों की ओर का मार्ग प्रशस्त करती हैं। अगली चुनौती इन अवधारणा-प्रमाणों को ऐसे हार्डवेयर और प्रोटोकॉल में इंजीनियर करना होगा जो अपनी प्रमाणन गारंटी को बनाए रखते हुए बड़े पैमाने पर काम कर सकें।