Идеальная случайность впервые доказана: прорыв ETH Zurich

Квантовая случайность долгое время считалась золотым стандартом криптографической безопасности, однако доказательство того, что число является истинно случайным, а не просто выглядит таковым по статистическим тестам, оставалось открытой проблемой. Теперь, в мае 2026 года, физики из ETH Zurich (Швейцарской высшей технической школы Цюриха) закрыли этот пробел. Команда под руководством Ренато Реннера и Андреаса Вальраффа опубликовала в журнале Nature метод, позволяющий получать сертифицированно совершенные случайные числа. Ключевой момент: для этого не требуется доверия ни к источнику данных, ни к самому квантовому оборудованию .

Их техника, названная усилением случайности (randomness amplification), не пытается построить безупречный генератор с нуля. Вместо этого она берет несовершенный, даже общеизвестный источник случайности и использует квантовую физику для его фильтрации в математически сертифицированный поток приватных, непредсказуемых битов . Результатом является тип случайности, качество которой можно формально доказать, а не просто предполагать.

Как усиление случайности превращает слабые сигналы в совершенный хаос

Работа протокола строится в три этапа:

1. Старт с несовершенной случайностью. Процессу не нужно доверенное «зерно» (изначальное число). Он может начаться с предвзятого генератора случайных чисел или даже со строки, о чьей слабой предсказуемости публично известно — при условии, что в ней сохраняется хотя бы какая-то доля истинной непредсказуемости .

2. Создание запутанности на 30-метровой линии. Два сверхпроводящих квантовых чипа охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, и соединяются с помощью 30-метровой криогенной связи . Их приводят в состояние квантовой запутанности, что означает: измерения на одном чипе мгновенно коррелируют с состоянием другого, демонстрируя квантовую нелокальность.

3. Сертификация случайности с помощью беcпробельного теста Белла. Слабая исходная случайность определяет настройки измерений для запутанных кубитов. Когда результирующие корреляции нарушают неравенство Белла, исключая любые объяснения через скрытые локальные параметры, результаты доказываются как фундаментально непредсказуемые — не просто неизвестные, а стохастические по своей природе . Это нарушение неравенства Белла эффективно «усиливает» низкокачественную входящую случайность в почти идеальные приватные биты на выходе.

Ключевой вывод заключается в том, что тест Белла не просто подтверждает наличие запутанности; он динамически проверяет и сертифицирует случайность самого процесса квантового измерения .

Значение для цифровой безопасности

Сертифицированно совершенная случайность устраняет фундаментальную уязвимость в криптографических системах:

• Безусловно безопасные ключи и подписи становятся возможными, когда лежащая в их основе случайность математически доказана как непредсказуемая, даже для противников с неограниченными вычислительными ресурсами .
• Развертывание с нулевым доверием становится нормой: сертификация сохраняется, даже если квантовые устройства поставлены недоверенной третьей стороной или подозреваются в компрометации .
• Честность публичных процедур повышается для лотерей, аудита выборов и криптографической жеребьевки, где любое скрытое смещение в предположительно случайном процессе подорвало бы справедливость результатов .

Платой за совершенство является скорость. Достижение строгой сертификации требует экспериментальной сложности, которая пока что ограничивает скорость генерации случайных битов по сравнению с коммерческими некриптографическими квантовыми генераторами случайных чисел.

Сравнение метода ETH Zurich с технологией JPMorgan

Метод ETH Zurich появился в мае 2026 года, чуть более чем через год после другой важной вехи: в марте 2025 года команда из JPMorganChase, Quantinuum, Аргоннской национальной лаборатории, Окриджской национальной лаборатории и Техасского университета в Остине продемонстрировала сертифицированное расширение случайности, используя 56-кубитный квантовый компьютер на захваченных ионах, также опубликованное в Nature . Эти два достижения представляют собой взаимодополняющие подходы к одной проблеме, но с разными преимуществами.

Усиление случайности от ETH Zurich берет большой объем несовершенной, публичной случайности и фильтрует его в меньшее количество совершенной. Техника не зависит от устройства: математическая гарантия не опирается на доверие к оборудованию, что делает ее устойчивой даже в случае злонамеренного производителя чипов . Этот подход решает более фундаментальную проблему, поскольку ему вообще не требуется идеальное доверенное «зерно».

Расширение случайности от JPMorgan, основанное на протоколе 2018 года, предложенном Скоттом Ааронсоном, берет короткое доверенное случайное «зерно» и расширяет его в гораздо больший объем сертифицированного результата . В эксперименте использовался процессор Quantinuum H2, выполняющий сэмплирование случайных схем, и классическая верификация на суперкомпьютерах экзафлопсного класса, что позволило сертифицировать не менее 71 313 бит энтропии . Гарантия устойчива к злоумышленнику — надежна даже против вредоносного квантового компьютера, — но протокол требует изначального доверенного «зерна», без которого подход ETH обходится .

Два метода предназначены для разных практических сценариев. Расширение JPMorgan производит значительно больше случайных битов и находится ближе к интеграции с существующей инфраструктурой квантовых вычислений . Усиление ETH Zurich решает проблему начального «зерна» на более фундаментальном уровне, доказывая, что совершенную случайность можно извлечь из мира, где изначально не существует доверенных источников случайности .

Ни один из методов пока не может напрямую заменить стандартные генераторы случайных чисел в промышленных системах, но вместе они прокладывают путь от непроверяемой статистической случайности, которая всегда оставляла неприятный осадок сомнения в контексте высокой безопасности, к математически сертифицированным гарантиям. Следующей задачей станет инженерное воплощение этих доказательств концепции в оборудование и протоколы, способные работать в масштабе, сохраняя свои сертификационные гарантии.