Amplificación de la aleatoriedad
¿Por qué es tan difícil generar algo realmente aleatorio e impredecible? Tomemos un ejemplo práctico: lanzar una moneda. El resultado puede parecer aleatorio, pero está regido por fuerzas físicas que, por complejas que sean, producen resultados que (al menos en teoría) pueden predecirse. Todo sistema físico real, como un dado o una moneda, puede contener pequeñas imperfecciones que potencialmente influyen en el resultado, haciendo que algunos números o el resultado de una de las dos caras sean más comunes. “Incluso los modernos generadores de números aleatorios basados en efectos cuánticos no son completamente inmunes a errores sistemáticos o ‘sesgos’”, explica Andreas Wallraff, investigador de la ETH Zúrich que coordinó el nuevo estudio. Ahora, sin embargo, su equipo ha encontrado una manera de partir de una aleatoriedad imperfecta, como la de los generadores basados en efectos cuánticos, y extraer números perfectamente aleatorios. Han llamado su método “amplificación de la aleatoriedad”.
La prueba de Bell
Los investigadores recurrieron a la física cuántica y, en particular, a la prueba de Bell, un experimento diseñado para poner a prueba la teoría de la mecánica cuántica en relación con el concepto de realismo local de Albert Einstein. El realismo local es una objeción planteada por Einstein a la interpretación de la física cuántica de Niels Bohr. La palabra “realismo” se refiere al concepto según el cual cualquier objeto tiene propiedades bien definidas incluso cuando no se observa; mientras que la palabra local se refiere al hecho de que los objetos solo pueden verse influenciados por eventos que ocurren en su proximidad, y no por acciones a distancia. En mecánica cuántica, sin embargo, la observación de un objeto modifica sus propiedades de alguna manera y postula la existencia de una acción a distancia ejercida entre partículas intrínsecamente conectadas, es decir, el principio de entrelazamiento cuántico.
El experimento mejorado
En el nuevo estudio, los investigadores construyeron un sistema altamente complejo con un par de bits cuánticos (qubits) que pueden adoptar el estado 0 o 1 (o cualquier superposición arbitraria de estos estados), conectados por un tubo de 30 metros de longitud y enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. De esta manera, los fotones pueden viajar de un lado a otro entre los qubits, creando entrelazamiento cuántico. Esto significa que una medición cuántica en un qubit, que produce aleatoriamente los valores 0 o 1, influye de forma automática y remota en si se mide 0 o 1 en el segundo qubit. La separación de 30 metros, añaden los autores, garantiza que durante la medición (incluso a la velocidad de la luz) no haya intercambio de información entre los qubits, comprometiendo así la aleatoriedad perfecta.
Mediante mejoras técnicas en la estabilidad y la velocidad del experimento, que permitieron realizar más de mil millones de ensayos de la prueba de Bell en aproximadamente 9 horas, llevaron a cabo mediciones en los qubits que produjeron correlaciones tan fuertes que no podían explicarse mediante reglas ocultas clásicas ni comportamientos preprogramados. “En esencia, se ha demostrado que la amplificación de la aleatoriedad es imposible con métodos puramente clásicos”, sostiene el estudio. Su resultado es, por lo tanto, un sistema capaz de generar aleatoriedad perfecta, incluso partiendo de una aleatoriedad imperfecta. “Las mejoras técnicas nos han permitido, por primera vez, crear números aleatorios que permanecerán perfectamente aleatorios por toda la eternidad, independientemente de los métodos analíticos utilizados para evaluar su aleatoriedad”, concluye el coautor Renato Renner.
Artículo originalmente publicado enWIRED Italia. Adaptado por Andrea Baranenko.