Durante años, la idea de que el azar puede ser una fuerza controladora en el universo ha sido objeto de debate. La famosa frase de Albert Einstein, «Dios no juega a los dados con el universo», ha simbolizado la resistencia a aceptar que el azar puede ser fundamental en la física cuántica. Sin embargo, recientes avances en la generación de números aleatorios han demostrado que el universo sí lanza dados, y lo hace de una manera que es completamente rastreable y auditada. Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado en Boulder ha desarrollado un generador de números aleatorios que utiliza principios de la mecánica cuántica, ofreciendo resultados que son completamente auditables y certificables.
### La Importancia de la Aleatoriedad en la Seguridad Digital
La generación de números aleatorios es crucial para diversas aplicaciones en el ámbito digital, especialmente en la criptografía y la seguridad de datos. En un mundo donde la protección de la información es primordial, la aleatoriedad se convierte en un pilar fundamental. Sin embargo, los métodos tradicionales de generación de números aleatorios presentan serias limitaciones. Los generadores de números pseudoaleatorios, que dependen de algoritmos informáticos, son auditables, pero sus resultados son predecibles si se conoce la semilla inicial. Esto significa que cualquier persona que tenga acceso a esta información puede anticipar los números que se generarán, lo que compromete la verdadera aleatoriedad.
Por otro lado, los generadores basados en hardware que utilizan fenómenos físicos clásicos no pueden ser certificados como verdaderamente impredecibles. Esto se debe a que dependen de la confianza en los modelos de sus componentes, lo que abre la puerta a manipulaciones o fallos no detectados. Incluso los generadores cuánticos previos, aunque garantizan que la fuente de aleatoriedad es desconocida, son vulnerables a manipulaciones en las etapas de extracción de los números. El nuevo sistema desarrollado por el NIST y la Universidad de Colorado, conocido como Colorado University Randomness Beacon (CURBy), aborda estas limitaciones al combinar la imprevisibilidad de la física cuántica con un sistema criptográfico que asegura la integridad del proceso.
### Un Protocolo Innovador para la Confianza Total
El corazón del sistema CURBy se basa en un experimento de física cuántica conocido como el Test de Bell, que explora el fenómeno del entrelazamiento cuántico. Este proceso comienza con la generación de un par de fotones entrelazados dentro de un cristal especial. Las propiedades de estos fotones están intrínsecamente conectadas, independientemente de la distancia que los separe. A medida que estos fotones viajan a través de fibra óptica hacia dos laboratorios separados, se mide una propiedad de cada fotón, como su polarización. Gracias a las leyes de la mecánica cuántica, el resultado de cada medición es genuinamente aleatorio e impredecible. Este sistema realiza este proceso 250,000 veces por segundo, generando un flujo masivo de datos que se convierten en una cadena de 512 bits aleatorios y uniformes.
Para garantizar que el proceso no solo sea aleatorio en su origen, sino también incorruptible en su ejecución, los investigadores han desarrollado un protocolo llamado «Twine». Este sistema, inspirado en la tecnología blockchain, crea un registro público, inmutable y verificable de cada paso del proceso. El protocolo Twine entrelaza cadenas de hashes de múltiples entidades independientes que participan en la generación de números aleatorios. Cada participante registra sus acciones en su propia cadena, incluyendo los hashes de las cadenas de los demás. Esto crea una estructura de datos entrelazada que permite detectar cualquier intento de manipulación, ya que las huellas digitales dejarían de coincidir.
Este enfoque innovador no solo garantiza la trazabilidad y la integridad de los datos, sino que también elimina la necesidad de confiar en una única autoridad central, un aspecto característico de los sistemas blockchain. Jasper Palfree, uno de los investigadores del proyecto, describe este sistema como una forma de «tejer todos estos faros de aleatoriedad en un tapiz de confianza». La alta fiabilidad del sistema, con una tasa de éxito del 99.7% durante sus primeros 40 días de operación, subraya su potencial como un recurso valioso en la seguridad digital.
El resultado de esta investigación es CURBy, el primer faro de aleatoriedad cuántica de acceso público respaldado por una ventaja cuántica demostrable. Este sistema de código abierto permite que cualquier persona verifique los resultados y desarrolle aplicaciones basadas en esta tecnología. Las aplicaciones potenciales son vastas, abarcando desde la selección imparcial de jurados hasta auditorías aleatorias y asignaciones de recursos en loterías públicas. Este avance representa un paso significativo para llevar un experimento de física fundamental fuera del laboratorio y convertirlo en un servicio público útil y fiable.
