कई अनुप्रयोगों के लिए, यह कोई मायने नहीं रखता. हालाँकि, क्रिप्टोग्राफी में, सबसे छोटा विचलन भी समस्याग्रस्त हो सकता है।
अब, भौतिकी विभाग में रेनैटो रेनर और एंड्रियास वाल्राफ के नेतृत्व में ईटीएच ज्यूरिख के शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि क्वांटम भौतिकी का उपयोग करके वास्तव में सही यादृच्छिकता कैसे बनाई जा सकती है।
उनके परिणाम, जो उन्होंने अभी-अभी वैज्ञानिक पत्रिका नेचर में प्रकाशित किए हैं, अनुसंधान के इस क्षेत्र में एक मील का पत्थर दर्शाते हैं।
दो क्वांटम चिप्स को जोड़ने वाले 30-मीटर लिंक के बगल में एंड्रियास वालराफ और रेनैटो रेनर (FLTR)। इस प्रयोग का उपयोग करते हुए, ETH शोधकर्ताओं ने पहली बार प्रमाणित पूर्ण यादृच्छिकता उत्पन्न की। (छवि: किलियन केसलर / ईटीएच ज्यूरिख)
रेनर कहते हैं, “यह अजीब लग सकता है, लेकिन एक आदर्श सिक्का या एक आदर्श पासा बनाना लगभग असंभव है।” इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि पासा कितना सममित और चिकना बनाया गया है, एक रोल के बाद उसके छह चेहरों में से एक हमेशा थोड़ा अधिक बार ऊपर की ओर इंगित करेगा। “
“यहां तक कि आधुनिक यादृच्छिक संख्या जनरेटर, जो कि बीम स्प्लिटर्स से फोटॉन के प्रतिबिंब जैसे क्वांटम यांत्रिक प्रभावों पर आधारित हैं, ऐसी व्यवस्थित त्रुटि या ‘पूर्वाग्रह’ से पूरी तरह से प्रतिरक्षित नहीं हैं”, वाल्राफ कहते हैं। लेकिन अब वाल्राफ और रेनर की टीमों ने अपूर्ण यादृच्छिकता लेने और फिर भी उसमें से पूर्ण यादृच्छिक संख्याएं निकालने का एक तरीका ढूंढ लिया है। वे अपनी विधि को यादृच्छिकता प्रवर्धन कहते हैं।
वालराफ कहते हैं, “यह एक साथ उच्च गुणवत्ता और उच्च डेटा दर के साथ एक बेहतर तथाकथित बेल-टेस्ट द्वारा संभव बनाया गया था।”
वह और उसके सहकर्मी एक जटिल सेटअप का उपयोग करते हैं जिसमें दो सुपरकंडक्टिंग चिप्स होते हैं, जिन्हें वे पूर्ण शून्य के करीब बहुत कम तापमान पर ठंडा करते हैं। प्रत्येक चिप एक क्वांटम बिट या क्वबिट का प्रतिनिधित्व करती है, जो राज्यों “0” या “1” या इन राज्यों के किसी भी मनमाने सुपरपोजिशन को ले सकती है। एक 30 मीटर लंबी ट्यूब, जिसे ठंडा भी किया जाता है, दोनों चिप्स को जोड़ती है। माइक्रोवेव फोटॉन उनके बीच आगे और पीछे उड़ सकते हैं, इस प्रकार क्वांटम यांत्रिक उलझाव पैदा हो सकता है। इसका मतलब यह है कि एक क्वबिट पर क्वांटम माप, जो बेतरतीब ढंग से “0” या “1” मान उत्पन्न करता है, स्वचालित रूप से और दूरी पर प्रभाव डालता है कि दूसरे क्यूबिट पर “0” या “1” मापा जाता है या नहीं।
30 मीटर का पृथक्करण यह सुनिश्चित करता है कि, माप के दौरान, प्रकाश की गति पर भी क्वैबिट के बीच किसी भी जानकारी का आदान-प्रदान नहीं किया जा सकता है। यह पूर्ण यादृच्छिकता को बिगाड़ देगा।
वालराफ और उनकी टीम ने अपूर्ण यादृच्छिक संख्या जनरेटर पर निर्भर दो क्वैबिट पर सटीक प्रकार के माप (या तकनीकी शब्दजाल में “माप आधार”) का चुनाव किया।
रेनर के सहकर्मी एक विशेष एल्गोरिदम का उपयोग करके माप परिणामों की यादृच्छिकता को और बढ़ा सकते हैं।
रेनर कहते हैं, “शून्य और एक का परिणामी क्रम अब वास्तव में पूरी तरह से यादृच्छिक है, और हम इसे प्रमाणित भी कर सकते हैं।” वह इस परिणाम की तुलना एक सीमा पार करने से करते हैं: “तकनीकी सुधारों ने हमें पहली बार यादृच्छिक संख्याएँ बनाने की अनुमति दी है जो अनंत काल तक पूरी तरह से यादृच्छिक रहेंगी – चाहे उनकी यादृच्छिकता का आकलन करने के लिए किसी भी विश्लेषणात्मक तरीकों का उपयोग किया जाए।”
दीर्घावधि में, यह कार्य डिजिटल सुरक्षा में वैसी ही भूमिका निभा सकता है जैसे परमाणु घड़ियाँ टाइमकीपिंग के लिए करती हैं: यादृच्छिकता का एक भौतिक रूप से प्रमाणित स्रोत जिस पर अन्य प्रणालियाँ भरोसा कर सकती हैं।
संभावित अनुप्रयोगों में संवेदनशील संचार और डिजिटल पहचान के एन्क्रिप्शन से लेकर लॉटरी और ब्लॉकचेन अनुप्रयोगों के लिए सार्वजनिक यादृच्छिकता सेवाएं शामिल हैं।
ऐसे तरीके क्वांटम-सुरक्षित संचार प्रणालियों के लिए भी महत्वपूर्ण हो सकते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि सबसे मजबूत क्रिप्टोग्राफ़िक विधियां भी उतनी ही सुरक्षित हैं जितनी कि वे यादृच्छिक संख्याएं जिन पर वे आधारित हैं: यादृच्छिकता जितनी बेहतर होगी, एन्क्रिप्शन उतना ही मजबूत होगा – यदि यह कमजोर है, तो पूरा सिस्टम असुरक्षित हो जाता है।
