Un nuevo generador cuántico de números aleatorios
Redacción
Los números aleatorios brillan por su ausencia. Ni siquiera cuando lanzamos un dado o unas monedas obtenemos una verdadera aleatoriedad. Desde un punto de vista clásico bastarÃa saber las condiciones iniciales de posición y velocidad de un dado con mucha precisión para saber qué obtendremos. Laplace, en un ataque mecanicista, dijo una vez que si se tenÃa la posición y momento de cada partÃcula del Universo se podrÃa saber qué pasarÃa en cualquier momento del futuro. Pero el sueño de Laplace es imposible en la práctica.
Lo que ocurre es que no podemos tener una precisión infinita en la medida de las condiciones iniciales de un sistema ni en el cálculo su evolución posterior. Además, muchos sistemas fÃsicos clásicos presentan caos determinista —son predeciblemente impredecibles—. Poseen lo que se llama «efecto mariposa», según el cual un pequeño cambio en las condiciones iniciales produce cambios dramáticos en la evolución del sistema al cabo de un tiempo.
Como no tenemos una precisión en la medida lo suficientemente buena, ni podemos efectuar cálculos lo suficientemente precisos, no podemos predecir la evolución de muchos sistemas clásicos, incluso si son de mecánica más o menos elemental. En estos casos consideramos que los eventos que producen son «aleatorios». Si vamos a un casino y jugamos a la ruleta no podemos predecir qué número saldrá. Si la ruleta está equilibrada cualquier número puede salir con la misma probabilidad y de esto se aprovecha la casa para ganar al final, al menos estadÃsticamente.
La dificultad de producir números verdaderamente aleatorios también se da en las Matemáticas. De hecho es imposible obtenerlos mediante cualquier tipo de formulación. Si usamos un generador de números aleatorios para un programa de ordenador en realidad estamos obteniendo números pseudo-aleatorios. Esos generadores son funciones de recurrencia que producen números más o menos equiprobables en una secuencia que no se repite en mucho tiempo. Pero son totalmente deterministas, ya que si alimentamos a ese generador con una misma semilla se producirá siempre la misma secuencia.
Asà que como conclusión podemos decir que la verdadera aleatoriedad es verdaderamente escasa, pues ni se da en las Matemáticas. La aleatoriedad que observamos en la vida normal no es genuina, ya que se basa en la ignorancia que tenemos de los sistemas de Mecánica Clásica.
No obstante, para los sistemas avanzados de criptografÃa se necesitan números que sean verdaderamente aleatorios para asà garantizar su seguridad y que esos sistemas sean inherentemente seguros y privados. ¿PodrÃamos conseguir esta aleatoriedad con un sistema cuántico? Parece que sÃ, no solamente desde un punto de vista teórico, sino también desde un punto de vista práctico.
Ahora, cientÃficos del Joint Quantum Institute —JQI—, junto con cientÃficos europeos, han conseguido hacer una demostración práctica de un generador de números verdaderamente aleatorios basado en las leyes de la Mecánica Cuántica. Publican sus resultados en Nature.
De hecho, podemos afirmar que sólo los fenómenos cuánticos pueden exhibir una verdadera aleatoriedad. Podemos calcular la probabilidad de que se dé un determinado suceso cuántico, pero no podemos predecir si se dará o no. Esta aleatoriedad viene de la preparación del estado cuántico o del colapso de su función de ondas, pero no de la evolución del sistema en sÃ, que es determinista. Ya sabemos que la ecuación de Schrödinger, que determina la evolución de los sistemas cuánticos, es totalmente determinista.
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Los números aleatorios brillan por su ausencia. Ni siquiera cuando lanzamos un dado o unas monedas obtenemos una verdadera aleatoriedad. Desde un punto de vista clásico bastarÃa saber las condiciones iniciales de posición y velocidad de un dado con mucha precisión para saber qué obtendremos. Laplace, en un ataque mecanicista, dijo una vez que si se tenÃa la posición y momento de cada partÃcula del Universo se podrÃa saber qué pasarÃa en cualquier momento del futuro. Pero el sueño de Laplace es imposible en la práctica.
Lo que ocurre es que no podemos tener una precisión infinita en la medida de las condiciones iniciales de un sistema ni en el cálculo su evolución posterior. Además, muchos sistemas fÃsicos clásicos presentan caos determinista —son predeciblemente impredecibles—. Poseen lo que se llama «efecto mariposa», según el cual un pequeño cambio en las condiciones iniciales produce cambios dramáticos en la evolución del sistema al cabo de un tiempo.
Como no tenemos una precisión en la medida lo suficientemente buena, ni podemos efectuar cálculos lo suficientemente precisos, no podemos predecir la evolución de muchos sistemas clásicos, incluso si son de mecánica más o menos elemental. En estos casos consideramos que los eventos que producen son «aleatorios». Si vamos a un casino y jugamos a la ruleta no podemos predecir qué número saldrá. Si la ruleta está equilibrada cualquier número puede salir con la misma probabilidad y de esto se aprovecha la casa para ganar al final, al menos estadÃsticamente.
La dificultad de producir números verdaderamente aleatorios también se da en las Matemáticas. De hecho es imposible obtenerlos mediante cualquier tipo de formulación. Si usamos un generador de números aleatorios para un programa de ordenador en realidad estamos obteniendo números pseudo-aleatorios. Esos generadores son funciones de recurrencia que producen números más o menos equiprobables en una secuencia que no se repite en mucho tiempo. Pero son totalmente deterministas, ya que si alimentamos a ese generador con una misma semilla se producirá siempre la misma secuencia.
Asà que como conclusión podemos decir que la verdadera aleatoriedad es verdaderamente escasa, pues ni se da en las Matemáticas. La aleatoriedad que observamos en la vida normal no es genuina, ya que se basa en la ignorancia que tenemos de los sistemas de Mecánica Clásica.
No obstante, para los sistemas avanzados de criptografÃa se necesitan números que sean verdaderamente aleatorios para asà garantizar su seguridad y que esos sistemas sean inherentemente seguros y privados. ¿PodrÃamos conseguir esta aleatoriedad con un sistema cuántico? Parece que sÃ, no solamente desde un punto de vista teórico, sino también desde un punto de vista práctico.
Ahora, cientÃficos del Joint Quantum Institute —JQI—, junto con cientÃficos europeos, han conseguido hacer una demostración práctica de un generador de números verdaderamente aleatorios basado en las leyes de la Mecánica Cuántica. Publican sus resultados en Nature.
De hecho, podemos afirmar que sólo los fenómenos cuánticos pueden exhibir una verdadera aleatoriedad. Podemos calcular la probabilidad de que se dé un determinado suceso cuántico, pero no podemos predecir si se dará o no. Esta aleatoriedad viene de la preparación del estado cuántico o del colapso de su función de ondas, pero no de la evolución del sistema en sÃ, que es determinista. Ya sabemos que la ecuación de Schrödinger, que determina la evolución de los sistemas cuánticos, es totalmente determinista.
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