Dokonalá náhodnost poprvé potvrzená kvantovým experimentem

SpektrumX Přehled je pravidelná zpravodajská sekce, která vychází každý den v 8 hodin ráno. Nabízí výběr nejzajímavějších událostí z domova i ze světa, a to nejen z posledních dnů, ale i z uplynulých týdnů a měsíců. Každé vydání je obohaceno o nejnovější dostupné informace, aby čtenář získal co nejúplnější a nejaktuálnější obraz.

Cílem této sekce je upozornit na témata, která mohla být přehlédnuta, dostala minimální mediální pozornost nebo zanikla v záplavě stále se opakujících zpráv o politice a válečných konfliktech. Přehled přináší unikátní informace, zajímavosti a souvislosti, které jinde často nenajdete. Každý text staví na ověřených faktech a širším kontextu, aby si čtenář odnesl nejen informaci, ale i hlubší porozumění a možná objevil něco, o čem dosud vůbec nevěděl.

Živě z vesmíru

Živý přenos z Mezinárodní vesmírné stanice nabízí pohled na Zemi z oběžné dráhy a záběry z práce astronautů mimo stanici. Kamera zachycuje detaily konstrukce ISS, pohyb astronautů během výstupu do volného prostoru a proměny planety pod nimi. Divák sleduje autentické záběry z prostředí, kde panuje ticho, vakuum a neustálý pohyb po oběžné dráze. Přenos ukazuje technickou přesnost práce astronautů i jedinečnou perspektivu na Zemi z výšky přibližně čtyři sta kilometrů. Záběry pocházejí z oficiálních zdrojů NASA a slouží k popularizaci kosmonautiky, vzdělávání a přiblížení skutečné práce na palubě ISS

živý přenos: Los Angeles z Venice Beach

Nepřetržitý živý přenos z Venice Beach v Los Angeles zachycuje aktuální dění na pobřeží, pohyb návštěvníků a atmosféru ikonické promenády. Kamera je umístěna u Venice V Hotelu a nabízí stabilní výhled na pláž i okolní ruch v reálném čase. Záběr zároveň ukazuje proměny světla a počasí během dne, díky čemuž působí jako vizuální okno přímo na kalifornské pobřeží. Díky stabilnímu umístění kamery je možné sledovat i jemné detaily každodenního života na pláži, které dotvářejí autentickou atmosféru místa.

Stream umístěný v severní části Dánska

Sledujete nepřetržitý živý přenos z lesa, kde kamery tiše pozorují divokou přírodu v jejím přirozeném prostředí. Záběry zachycují proměny dne a noci, počasí, zvuky lesa i nenápadné pohyby zvířat, která byste jinak nikdy neviděli tak zblízka a v takové přirozenosti. Tento stream nabízí klidnou, autentickou podívanou, která spojuje relaxaci, pozorování přírody a možnost na chvíli zpomalit od každodenního shonu.

živý přenos z New York Times Square:

Město, do kterého by se chtěl snad každý jednou podívat, teď můžete sledovat živě přímo z pohodlí domova. New York Times Square živě 24/7 nabízí nepřetržitý pohled na jedno z nejrušnějších míst světa. Kamera zachycuje proud turistů, světelné reklamy i neustálý pohyb dopravy, který vytváří typickou atmosféru tohoto ikonického náměstí. Záběr zároveň ukazuje proměny světla během dne i noci, takže můžete sledovat, jak Times Square nikdy skutečně neusíná. 

Dokonalá náhodnost poprvé potvrzená kvantovým experimentem


Andreas Wallraff a Renato Renner (f.l.t.r.) vedle 30metrového spoje spojujícího dva kvantové čipy. Pomocí tohoto experimentu výzkumníci ETH poprvé vytvořili certifikovanou dokonalou náhodnost. (Obrázek: Kilian Kessler / ETH Zürich)

Vědci z ETH Curych poprvé v historii dokázali vytvořit proces, který generuje matematicky prokazatelně dokonalou náhodu. Tento průlom přichází v době, kdy se svět připravuje na nástup kvantových počítačů a kdy i drobné nedokonalosti v generování náhodných čísel mohou znamenat zásadní bezpečnostní riziko. Nový experiment ukazuje, že náhoda nemusí být jen statisticky dobrá, ale může být i fyzikálně certifikovaná, což otevírá cestu k šifrovacím systémům, které nelze předvídat ani prolomit. Objev přitahuje pozornost technologických firem i bezpečnostních institucí, protože představuje základní stavební kámen budoucí digitální bezpečnosti.

Kvantová náhoda v praxi

Výzkumníci vycházeli z poznání, že software nikdy nedokáže vytvořit skutečně náhodnou hodnotu, protože každý algoritmus má vnitřní strukturu, kterou lze za určitých okolností odhalit. Proto se zaměřili na fyzikální jevy, které jsou ze své podstaty nepředvídatelné. Využili provázané supravodivé qubity, mezi nimiž probíhá kvantová interakce nezávislá na jakémkoli algoritmu nebo vnějším řízení. Tato provázanost umožňuje generovat hodnoty, které nejsou určeny předem a které nelze zpětně analyzovat. Podobá se to situaci, kdy člověk sleduje kapky deště dopadající na okno: jednotlivé dopady jsou chaotické, ale teprve kvantová fyzika dokáže tento chaos matematicky zaručit.

Obraz ovce zašifrovaný pomocí běžné náhodnosti (uprostřed) a certifikované dokonalé náhodnosti z experimentu ETH (vpravo). Pouze dokonalá náhodnost promění obraz úplně v šum. (Obrázek: ETH Zurich)

Co je Qubit?

Qubit je základní jednotka kvantového počítače. Na rozdíl od běžného bitu, který umí být jen 0 nebo 1, qubit dokáže držet více stavů najednou. Díky tomu zvládá zpracovat mnohem větší množství informací v jediném kroku. Tato vlastnost je klíčem k tomu, proč mají kvantové technologie tak obrovský potenciál.

Představte si obyčejnou minci. Když leží na stole, je buď líc, nebo rub. To je klasický bit. Když ji ale roztočíte, není ani líc, ani rub — je ve všech možnostech současně, dokud nespadne. To je qubit. A právě tahle „roztočenost“ umožňuje kvantovým počítačům řešit úlohy, které jsou pro běžné stroje nedosažitelné.

Qubit navíc reaguje na své okolí velmi citlivě. Jakmile ho „položíte na stůl“ — tedy změříte — okamžitě se ustálí na jedné hodnotě. Proto je práce s qubity technicky náročná, ale zároveň neuvěřitelně silná. Tato kombinace dělá z qubitu základní stavební kámen budoucích výpočetních systémů

Náhoda s důkazem pravosti

Nový systém vědců z ETH dokáže nejen produkovat dokonale náhodné hodnoty, ale také poskytuje důkaz, že tyto hodnoty nevznikly manipulací nebo skrytým vzorem. Tento důkaz je možné nezávisle ověřit, což zvyšuje důvěru v celý proces a umožňuje jeho použití v kritických bezpečnostních aplikacích. Technologie tak může sloužit jako základ pro budoucí šifrovací systémy odolné i vůči kvantovým útokům. Stejně jako si člověk ověřuje pravost bankovky pomocí ochranných prvků, i zde existuje mechanismus, který potvrzuje, že náhoda je autentická. Výzkum zároveň ukazuje, že fyzika může nabídnout řešení problémů, které byly dosud považovány za čistě matematické a otevírá cestu k novým způsobům, jak chránit digitální identitu i integritu dat.

Mohlo by Vás zajímat: Diamantové qubity řízené ultrarychlým laserem otevírají cestu ke kvantovému internetu

Vědci očekávají, že technologie najde uplatnění v bankovnictví, zdravotnictví, státní správě i v běžných spotřebitelských zařízeních. Výzkum zároveň otevírá nové otázky o tom, jak lze kvantové jevy využít v dalších oblastech, například při generování bezpečných identit nebo při ověřování integrity dat. Tento posun ukazuje, že fyzika může nabídnout řešení problémů, které byly dosud považovány za čistě matematické. Závěr přirozeně vyplývá z předchozího výkladu a ukazuje, že dokonalá náhoda se stává reálným stavebním kamenem budoucí bezpečnosti.

Zdroj: ETH Curych