Quantenverschränkung: Perfekte Zufallszahlen erzeugt
Ein Forschungsteam der ETH Zürich(öffnet im neuen Fenster) in der Schweiz hat in einem Experiment bedingt zufällige Ergebnisse mithilfe eines bereits 1964 zumindest theoretisch entwickelten Tests in perfekt zufällige Ergebnisse verwandelt. Dafür wurden zwei aus je nur einem Qubit bestehende Quantencomputer über eine 30 m lange Röhre verbunden, weit genug, dass die Qubits selbst mit Lichtgeschwindigkeit nicht genügend Zeit für einen Informationsaustausch haben.
Der Aufbau, der den sogenannten Bell-Test nachstellt, funktioniert wie ein Zufallsverstärker. Der Bell-Test war ursprünglich entworfen worden, um die Quantenverschränkung zweier Teilchen nachweisen zu können, was 1982 tatsächlich gelang und den Beteiligten schließlich einen Nobelpreis einbrachte.
Die Forschungsgruppe der ETH nutzt genau diese Idee und die Quantenverschränkung, um einen unperfekten Zufallsgenerator in einen perfekten zu verwandeln. Die Arbeit wird in der Veröffentlichung in Nature(öffnet im neuen Fenster) beschrieben.
Systemische Fehler eliminieren
Für die zufällige Eingabe von 0 und 1 wird ein Laser verwendet. Der hat jedoch, wie alle makroskopischen Zufallsgeneratoren, irgendwo einen systemischen Fehler. Einer der verantwortlichen Autoren, Renato Renner, beschreibt es vereinfacht so: "Es mag seltsam erscheinen, aber eine perfekte Münze oder einen perfekten Würfel herzustellen, ist praktisch unmöglich."
Die erzeugten Zustände auf einem Qubit werden durch Quantenverschränkung mittels Photonen auf den zweiten Qubit übertragen. Hinzu kommt ein speziell entwickelter Algorithmus, um den unperfekten Zufallsversuch weiter zu verbessern.
Dank der Distanz zwischen beiden Qubits kann der Informationsaustausch erst nach der Messung stattfinden. Das Resultat sind perfekte Zufallszahlen, die laut Renner für alle Ewigkeit perfekt bleiben, weil sie ausschließlich auf quantenmechanischen Prozessen basieren. Die Verteilung von 0 und 1 ist somit gleichmäßig, in der genauen Abfolge aber komplett zufällig.
Genutzt werden sollen die Zahlen für die Verschlüsselung von Kommunikation, für Lotterien oder Blockchain-Anwendungen. Auch quantensichere Kommunikation könnte zukünftig auf der Arbeit basieren. Demnächst sollen die perfekten Zufallszahlen als kostenpflichtiger Webservice durch die ETH Zürich zur Verfügung gestellt werden.
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