في عالم الرياضيات والفيزياء، يُعتبر الحصول على أرقام عشوائية حقيقية تحديًا كبيرًا. تقليديًا، تعتمد الحواسيب على خوارزميات مولدة للأعداد العشوائية الزائفة، التي يمكن توقعها أو التلاعب بها مع معرفة كافية بالخوارزمية. لهذا السبب، عمل العلماء على تطوير طرق جديدة للحصول على عشوائية حقيقية، وبرزت ميكانيكا الكم كحلاً واعدًا.
فهم العشوائية: ما بين التقليدي والكمومي
لطالما كان هناك اعتقاد في أن الطبيعة ليست عشوائية، ويعود ذلك إلى فكرة أينشتاين الشهيرة “الله لا يلعب النرد مع الكون”. ومع ذلك، أثبتت الأبحاث العلمية الحديثة في ميكانيكا الكم خطأ هذا الاعتقاد، حيث تبين أن الكم هو بطبيعته عشوائي. تعتمد التجارب الكمومية على ظواهر مثل اختبار بيل الذي يعتمد على تداخل الفوتونات المتشابكة لإنتاج نتائج عشوائية حقيقية.
في هذه التجربة، يتم قياس خصائص الفوتونات المتشابكة، والتي تظل مرتبطة حتى عند فصلها بمسافات كبيرة. عند قياس أحد الفوتونات، تكون النتيجة عشوائية، ولكن خصائص الزوج تكون مترابطة بشكل يتجاوز حدود الفيزياء الكلاسيكية، مما يمكن الباحثين من التحقق من عشوائية الأرقام الناتجة.
من المختبر إلى الخدمة العامة: منارة العشوائية في جامعة كولورادو
بهدف تحويل هذه العشوائية الكمومية إلى خدمة عامة، أنشأ الباحثون في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة كولورادو بولدر منارة عشوائية كولورادو (CURBy). تقوم هذه المنارة بإنتاج الأرقام العشوائية تلقائيًا وبثها يوميًا عبر الإنترنت لاستخدامها من قبل الجميع. في قلب هذه الخدمة يوجد اختبار بيل الذي يوفر نتائج عشوائية حقيقية يتم معالجتها وتحويلها إلى أرقام عشوائية قابلة للاستخدام.
هذه العملية تتضمن إنتاج أزواج من الفوتونات المتشابكة داخل بلورة غير خطية خاصة، ثم إرسالها عبر ألياف ضوئية إلى مختبرات منفصلة لقياس استقطابها. وتُكرر هذه العملية بسرعة تصل إلى 250,000 مرة في الثانية، مما ينتج عنه ملايين النتائج العشوائية التي تُحول إلى شيفرات ثنائية عشوائية.
البروتوكول المشترك: تسخير التكنولوجيا لضمان الشفافية والأمان
لضمان شفافية وأمان العملية، طور فريق NIST بروتوكول Twine، الذي يستخدم تقنيات البلوكشين المتوافقة مع الكم لتمكين جهات متعددة من العمل معًا لإنتاج وتوثيق العشوائية. يُستخدم البروتوكول لتعليم كل مجموعة من البيانات الخاصة بالمنارة ببصمة رقمية، مما يسمح بتتبع كل خطوة في عملية توليد العشوائية.
هذا النظام لا يضمن فقط العشوائية الحقيقية، بل يوفر أيضًا وسيلة للتحقق من البيانات خلف كل رقم عشوائي. يُمكن توسيع البروتوكول ليسمح بمشاركة منارات عشوائية أخرى في شبكة من العشوائية التي يشارك فيها الجميع دون سيطرة فردية.
الخاتمة
تُعد تقنية NIST لإنشاء الأرقام العشوائية باستخدام ميكانيكا الكم خطوة كبيرة نحو المستقبل، حيث يمكن استخدامها في تطبيقات عديدة تتطلب عشوائية حقيقية مثل اختيار أعضاء هيئة المحلفين، وإجراء عمليات تدقيق عشوائية، أو تخصيص الموارد عبر اليانصيب العام. يمثل هذا المشروع دمجًا رائعًا بين العلوم الأساسية والتطبيقات العملية، ليخلق خدمة مفتوحة المصدر تتيح للجميع فرصة التحقق والبناء على هذه الأسس لتحقيق مزيد من الابتكار.
