Este Generador De Números Aleatorios Cuánticos Nunca Puede Ser Hackeado

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Una configuración experimental especial produce números aleatorios certificables para usar en la creación de mensajes "no curables"

Loterías, accidentes y tiradas de dados: el mundo que nos rodea está lleno de eventos impredecibles. Sin embargo, generar una serie de números verdaderamente aleatorios para el cifrado sigue siendo una tarea sorprendentemente difícil.

Ahora, los investigadores han utilizado un experimento alucinante basado tanto en la teoría de la relatividad de Albert Einstein como en la mecánica cuántica, que describe la naturaleza probabilística de las partículas subatómicas, para producir cadenas de números que se garantiza que son aleatorias.

"Si enviaste a un equipo de personas para examinar nuestros componentes experimentales tan de cerca como quisieran y luego pídeles que intenten hacer una predicción de lo que serían estos números aleatorios después, simplemente no hay forma de que puedan predecirlos", estudio el coautor y matemático Peter Bierhorst del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, contó a WordsSideKick.com. [Las ecuaciones más bellas del mundo]

Las computadoras en todas partes utilizan números aleatorios como claves para bloquear o desbloquear información cifrada. Muchos procesos para producir estas claves, como el generador de números aleatorios que probablemente esté en su computadora en este momento, utilizan un algoritmo que emite una serie de números aparentemente arbitrarios. Otros enfoques intentan hacer uso de la aleatoriedad en el mundo real, por ejemplo, medir la cantidad de tiempo entre las pulsaciones de tecla o la temperatura fluctuante de un servidor de computadora, para producir números aleatorios.

Pero tales métodos aún son susceptibles de ser atacados. Los piratas informáticos expertos pueden manipular un generador de números aleatorios o aprender sus principios subyacentes para averiguar qué números producirán. En 2012, los investigadores de seguridad encontraron que decenas de miles de servidores de Internet eran vulnerables a la piratería debido a su dependencia de generadores de números aleatorios de baja calidad.

Fotones enredados

La mecánica cuántica, por otro lado, ofrece resultados verdaderamente aleatorios. Por ejemplo, una partícula de luz, o fotón, puede estar apuntando hacia arriba o hacia abajo. Antes de que se mida, la partícula se encuentra en un estado de superposición, en el que tiene una probabilidad del 50 por ciento de apuntar hacia arriba y una probabilidad del 50 por ciento de apuntar hacia abajo una vez que se mide. Los resultados finales son certificadamente aleatorios, pero el uso de esta propiedad para la generación de números ha sido un poco problemático, dijeron los investigadores.

"Supongamos que te estoy dando un fotón", dijo Bierhorst. "Y yo digo: 'Oh, está en un estado de superposición de arriba a abajo'". En la medición, dijo, el fotón se encuentra abajo, un resultado que nadie debería haber podido predecir de antemano.

"Pero ahora dirás: '¿Cómo puedo saber que el fotón no siempre estuvo abajo?'", Agregó Bierhorst. En otras palabras, no hay forma de probar, para cualquier fotón individual, que estaba en un estado de superposición antes de que se midiera. Para solucionar este enigma, Bierhorst y sus colegas le dieron un amigo a cada fotón. Estos pares de fotones se enredaron entre sí, lo que significa que sus propiedades se unieron para siempre. [Infografía: Cómo funciona el entrelazamiento cuántico]

En su experimento, los investigadores enviaron los dos fotones a los extremos opuestos de su laboratorio, separados por una distancia de 613 pies (187 metros), y midieron sus propiedades. Debido a su enredo, los fotones siempre devolvieron resultados coordinados; si se encontraba que uno estaba arriba, el otro siempre estaba abajo.

Debido a que estaban tan alejados, no hay forma de que los fotones hayan discutido la perfecta sincronización de sus pasos, a menos que pudieran enviar señales más rápido que la velocidad de la luz, lo que violaría la teoría de la relatividad de Einstein. Los dos fotones, por lo tanto, sirven como un control mutuo, garantizando que en realidad estaban en un estado de superposición antes de ser medidos y que sus resultados son realmente aleatorios, dijeron los investigadores. El nuevo método fue descrito hoy (11 de abril) en la revista Nature.

"Realmente se puede decir que han creado el generador cuántico de números aleatorios definitivos", dijo el físico cuántico Stefano Pironio de la Universidad Libre de Bruselas en Bélgica, quien no participó en el trabajo.

Pero, agregó, el método tardó unos 10 minutos en producir 1.024 cadenas aleatorias, mientras que los procesos criptográficos actuales necesitarían generadores de números mucho más rápidos.

Bierhorst dijo que el primer uso de la nueva técnica en el mundo real vendrá cuando se incorpore a la baliza de aleatoriedad del NIST, una fuente pública de aleatoriedad para los investigadores que estudian la imprevisibilidad.

Pero agregó que espera que la configuración experimental algún día se reduzca lo suficiente como para que quepa en un chip de computadora y ayude en la creación de mensajes "ilegibles".

Publicado originalmente en Ciencia viva.


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