Bilangan Acak yang Dihasilkan Kuantum Menetapkan Standar Akurasi Baru
- Ilmuwan menghasilkan bilangan acak absolut menggunakan mekanika kuantum.
- Teknik ini melibatkan pembuatan bit digital dengan partikel cahaya, foton.
- Hal ini pada akhirnya dapat meningkatkan sistem kriptografi dan keamanan.
Para ilmuwan di NIST (Institut Standar dan Teknologi Nasional) telah membangun teknik baru untuk menghasilkan bilangan acak yang lebih berharga menggunakan mekanika kuantum. Kini ketidakpastian angka acak melampaui semua metode yang digunakan sebelumnya, sehingga meningkatkan sistem kriptografi dan keamanan.
Anda bertanya, apa masalahnya dengan sistem yang ada? Ya, mereka tidak menghasilkan angka acak dalam arti absolut. Sejumlah rumus yang dihasilkan secara acak oleh mesin atau perangkat lunak dapat dirusak oleh berbagai faktor, termasuk sumber kebisingan yang dapat diprediksi. Anda dapat menjalankan uji statistik, namun tidak ada pengujian terhadap hasilnya saja yang dapat menjamin bahwa hasilnya tidak dapat diprediksi.
Nomor acak digunakan miliaran kali setiap hari untuk mengenkripsi informasi pribadi di jaringan elektronik. Namun karena tidak ada yang bisa menjamin bahwa sumber konvensional benar-benar tidak dapat diprediksi, hal ini membatasi kekuatan sistem keamanan. Ini seperti melempar koin:terlihat acak, tetapi seseorang dapat mengetahui hasilnya jika dia menelusuri jalur koin yang jatuh.
Namun, metode baru ini bergantung pada sumber dan protokol kuantum. Dan para peneliti cukup yakin bahwa tidak ada yang bisa memprediksi hasil berbasis kuantum. Hanya mesin kuantum yang dapat menghasilkan korelasi statistik antara keluaran dan pilihan pengukuran.
Bagaimana Cara Kerjanya?
Teknik baru ini melibatkan pembuatan bit digital (0 dan 1) dengan partikel cahaya, foton. Hal ini didasarkan pada eksperimen NIST sebelumnya “aksi seram dari jarak jauh adalah nyata” yang sangat mendukung prediksi kunci mekanika kuantum. Namun, karya baru ini menghasilkan serangkaian bit acak yang jauh lebih nyata.
Lebih khusus lagi, pembangkitan keacakan menggunakan uji Bell “bebas celah”, yang ditandai dengan pemisahan seperti ruang dan efisiensi deteksi stasiun pengukuran selama uji coba eksperimental.
Ketidaksetaraan Lonceng
Hal berikutnya yang perlu dipahami adalah uji Bell, yaitu pengukuran dilakukan pada sistem terjerat dengan modul ditempatkan di dua stasiun pengukuran terpisah. Pilihan dibuat di setiap stasiun (antara salah satu dari dua jenis pengukuran).
Jika data pengukuran melanggar skenario tertentu yang disebut 'Ketidaksetaraan lonceng' setelah beberapa kali uji coba, maka data tersebut disertifikasi memiliki keacakan berdasarkan asumsi yang lemah.
Semua bit tidak dapat diprediksi dengan asumsi dua poin utama –
- Setelan pengukuran tidak bergantung pada perangkat dan data klasik yang ada tentang perangkat tersebut.
- Dalam setiap uji coba eksperimental, keluaran pengukuran di setiap stasiun tidak bergantung pada konfigurasi di stasiun lainnya.
Yang pertama tidak dapat diuji, tetapi karena seseorang dapat memilih pengaturan pengukuran secara mandiri, hal ini sering kali menimbulkan interpretasi beberapa hukum fisika dan eksperimen ilmiah. Poin kedua hanya bisa dilanggar jika sinyal dapat ditransfer lebih cepat dari kecepatan cahaya.
Referensi:Alam | doi:10.1038/s41586-018-0019-0 | NIST
Menghasilkan Nomor Acak
Proses pembuatan bilangan acak dapat dibagi menjadi dua langkah – pembuatan string panjang, dan ekstraksi.
Pertama, peneliti menggunakan eksperimen tindakan seram untuk membuat rangkaian bit yang panjang melalui uji Bell. Mereka menghitung korelasi antara sifat-sifat pasangan foton. Faktor waktu memastikan bahwa korelasi tidak dapat ditunjukkan oleh proses tradisional seperti skenario yang ada atau pertukaran data dengan kecepatan kurang dari kecepatan cahaya.
Mekanika kuantum diverifikasi menggunakan pengujian statistik, dan informasi ini memungkinkan para ilmuwan mengukur keacakan dalam string yang panjang.
Kredit gambar: Shalm / NIST
Seperti yang Anda lihat dalam pengaturan eksperimental, sinar laser mengenai kristal unik dan diubah menjadi pasangan foton yang terjerat. Foton selanjutnya dihitung untuk menghasilkan serangkaian angka acak absolut.
Namun, keacakan tidak dapat disebarkan dengan baik ke seluruh string. Misalnya, hampir semua bit mungkin bernilai 1, namun tidak ada atau hanya sedikit bit yang bernilai 0. Untuk mendapatkan string kecil yang seragam dengan keacakan nyata (yang setiap bit memiliki probabilitas 0,5 untuk bernilai 1 atau 0), peneliti melakukan langkah kedua – ekstraksi.
Mereka merancang perangkat lunak khusus untuk mengubah data pengujian Bell menjadi string yang lebih kecil dan seragam.
Metode keseluruhan memerlukan 2 string independen (berisi bit acak, dihasilkan melalui metode tradisional) untuk memilih konfigurasi pengukuran untuk pengujian Bell dan untuk memberi masukan ke perangkat lunak, yang mengekstrak keacakan dari data awal.
Baca:Berapa Bilangan Prima Terbesar yang Diketahui | Panjangnya 23 Juta Digit
Mereka mengumpulkan total 5 set data, dengan yang terbaik menghasilkan 1.024 bit acak yang terdistribusi secara merata dalam 10-12, yaitu 1 per triliun dari 1%.
Hingga saat ini, ini adalah metode terbaik untuk menghasilkan keacakan secara fisik, sehingga meningkatkan keamanan dan jangkauan aplikasi yang luas.
