ETH Zurich tạo ra số ngẫu nhiên 'hoàn hảo có thể chứng nhận' đầu tiên bằng rối lượng tử

2. Tạo ra sự vướng víu qua một kết nối dài 30 mét. Hai chip lượng tử siêu dẫn được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối và kết nối bằng một liên kết siêu lạnh dài 30 mét . Chúng được đặt vào trạng thái vướng víu, nghĩa là các phép đo trên một chip ngay lập tức tương quan với trạng thái của chip kia – một dấu hiệu của tính phi định xứ lượng tử.

3. Chứng nhận tính ngẫu nhiên bằng phép kiểm tra Bell không kẽ hở. Tính ngẫu nhiên yếu quyết định các thiết lập đo lường áp dụng cho các qubit vướng víu. Khi các tương quan thu được vi phạm một bất đẳng thức Bell vượt quá mọi lời giải thích bằng biến ẩn cục bộ, các kết quả được chứng minh là về cơ bản không thể dự đoán – không chỉ là chưa biết, mà còn là ngẫu nhiên một cách cố hữu . Sự vi phạm Bell này 'khuếch đại' tính ngẫu nhiên đầu vào cấp thấp thành các bit riêng tư gần như hoàn hảo ở đầu ra một cách hiệu quả.

Cốt lõi của sự đột phá là phép kiểm tra Bell không chỉ xác nhận sự tồn tại của vướng víu; nó thăm dò và chứng nhận một cách động chính tính ngẫu nhiên của quá trình đo lượng tử .

Điều này có ý nghĩa gì với an ninh mạng

Tính ngẫu nhiên hoàn hảo có thể chứng nhận loại bỏ một lỗ hổng cơ bản trong các hệ thống mật mã:

• Khóa và chữ ký an toàn vô điều kiện trở nên khả thi khi tính ngẫu nhiên nền tảng được chứng minh toán học là không thể đoán trước, ngay cả với những kẻ tấn công có năng lực tính toán không giới hạn .
• Triển khai không tin cậy (Zero-trust) là mặc định: chứng nhận vẫn có giá trị ngay cả khi các thiết bị lượng tử được cung cấp bởi một bên thứ ba không đáng tin hoặc bị nghi ngờ đã bị xâm nhập .
• Tính toàn vẹn của quy trình công cộng được cải thiện cho xổ số, kiểm toán bầu cử và rút thăm mật mã, nơi mà bất kỳ sự thiên vị ẩn nào trong quy trình được cho là ngẫu nhiên sẽ phá hoại các kết quả công bằng .

Sự đánh đổi nằm ở tốc độ. Để đạt được chứng nhận hoàn hảo đòi hỏi sự phức tạp trong thử nghiệm, điều này hiện tại hạn chế tốc độ tạo bit ngẫu nhiên so với các bộ tạo số ngẫu nhiên lượng tử thương mại không được chứng nhận.

So sánh với kỹ thuật mở rộng ngẫu nhiên có chứng nhận của JPMorgan

Thông báo của ETH Zurich vào tháng 5 năm 2026 đến chỉ hơn một năm sau một cột mốc quan trọng khác: vào tháng 3 năm 2025, một nhóm từ JPMorganChase, Quantinuum, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge và Đại học Texas tại Austin đã trình diễn mở rộng ngẫu nhiên có chứng nhận (certified randomness expansion) sử dụng máy tính lượng tử ion bẫy 56 qubit, cũng được công bố trên Nature . Hai thành tựu này đại diện cho các cách tiếp cận bổ sung cho cùng một vấn đề, với những điểm mạnh khác nhau.

Phương pháp khuếch đại ngẫu nhiên của ETH Zurich bắt đầu với một khối lượng lớn tính ngẫu nhiên công khai, không hoàn hảo và lọc nó thành một lượng nhỏ hơn tính ngẫu nhiên hoàn hảo. Kỹ thuật này là độc lập với thiết bị: sự đảm bảo toán học không phụ thuộc vào việc tin tưởng phần cứng, khiến nó vững chắc ngay cả khi đối mặt với một nhà sản xuất thiết bị độc hại . Nó giải quyết bài toán nền tảng khó hơn – bạn không cần một hạt giống hoàn hảo đáng tin cậy nào cả.

Phương pháp mở rộng ngẫu nhiên của JPMorgan, dựa trên một giao thức năm 2018 do Scott Aaronson đề xuất, lấy một hạt giống ngẫu nhiên ngắn, đáng tin cậy và mở rộng nó thành một khối lượng lớn hơn nhiều đầu ra ngẫu nhiên có chứng nhận . Thử nghiệm đã sử dụng bộ xử lý H2 của Quantinuum để chạy việc lấy mẫu mạch ngẫu nhiên và xác minh cổ điển trên các siêu máy tính exascale để chứng nhận ít nhất 71.313 bit entropy . Sự đảm bảo có tính vững chắc trước các tấn công – an toàn trước một máy tính lượng tử độc hại – nhưng giao thức yêu cầu một hạt giống đáng tin cậy ban đầu mà cách tiếp cận của ETH không cần .

Hai phương pháp giải quyết các tình huống thực tế khác nhau. Phương pháp mở rộng của JPMorgan tạo ra nhiều bit ngẫu nhiên hơn đáng kể và gần hơn với việc tích hợp vào cơ sở hạ tầng máy tính lượng tử hiện có . Phương pháp khuếch đại của ETH Zurich giải quyết vấn đề hạt giống ở cấp độ cơ bản hơn, chứng minh rằng tính ngẫu nhiên hoàn hảo có thể được trích xuất từ một thế giới nơi không tồn tại tính ngẫu nhiên đáng tin cậy ngay từ đầu .

Hiện tại, không có phương pháp nào là giải pháp thay thế trực tiếp cho các bộ tạo số ngẫu nhiên tiêu chuẩn trong các hệ thống sản xuất, nhưng cùng với nhau, chúng vạch ra lộ trình từ tính ngẫu nhiên thống kê không thể kiểm chứng – thứ luôn mang theo một dư lượng nghi ngờ khó chịu trong các bối cảnh bảo mật cao – hướng tới các đảm bảo được chứng nhận toán học. Thách thức tiếp theo sẽ là chuyển đổi những bằng chứng khái niệm này thành phần cứng và giao thức có thể hoạt động ở quy mô lớn trong khi vẫn bảo toàn các đảm bảo chứng nhận của chúng.