Kuantum Dolanıklık Sayesinde Kusursuz Rastlantısallık İlk Kez Gerçeğe Dönüştü

Hızlı Erişim / İçindekiler

• Geleneksel Yöntemlerin Sınırları ve Kusursuz Rastlantı İhtiyacı
• Mutlak Sıfırda Dolanık Kübitler ve 30 Metrelik Deney Düzeneneği
• Kusurlu Girdiyi Kusursuz Çıktıya Dönüştüren Özel Algoritma
• Siber Güvenlikten Blockchain Ağlarına Geleceğin Altyapısı

Günümüz dijital dünyasında güvenliğin, şifreleme sistemlerinin ve veri koruma yöntemlerinin temelinde tahmin edilemez sayı dizileri yer alır. Ancak insan yapımı hiçbir mekanizma tam anlamıyla kestirilemez bir düzen yaratmayı başaramadı. Klasik bilgisayarların ürettiği rastgele sayılar, arka planda belirli matematiksel formüllere dayandığı için er ya da geç bir örüntü açığa çıkarır. Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH Zurich) araştırmacıları, doğanın en temel ve gizemli yasalarını kullanarak bu tıkanıklığı aşmayı başardı. Süperiletken kübitler arasındaki kuantum dolanıklığından yararlanan fizikçiler, tarihte ilk kez hiçbir yanlılık içermeyen, tamamen kanıtlanabilir ve kusursuz bir rastlantısallık elde etti.

Geleneksel Yöntemlerin Sınırları ve Kusursuz Rastlantı İhtiyacı

Mevcut teknolojide kullanılan en gelişmiş rastgele sayı üreteçleri bile mikro düzeyde sapmalar barındırır. Günlük internet kullanımlarında ya da basit şifreleme işlemlerinde bu küçük sapmalar büyük bir tehdit oluşturmaz. Gelgelelim, devlet sırlarının korunduğu askeri veri ağlarında veya küresel finans sistemlerini ayakta tutan kriptografik altyapılarda durum tamamen değişir. Saldırganlar veya gelişmiş bilgisayar sistemleri, sayı üretecindeki en ufak bir eğilimi ya da tekrarlayan döngüyü fark ettiğinde tüm sistemi çökertecek bir açık yakalamış olur. Işık parçacıklarının (fotonlar) hareketleri gibi fiziksel süreçlere dayanan geleneksel cihazlar dahi zaman zaman belirli sayıları diğerlerine kıyasla daha sık üretme eğilimi gösterir. ETH Zurich bünyesinde yürütülen bu yeni çalışma, evrenin kendi dokusunda var olan belirsizliği arkasına alarak insan hatasını ve donanımsal yanlılıkları tamamen ortadan kaldırmayı hedefliyor.

Mutlak Sıfırda Dolanık Kübitler ve 30 Metrelik Deney Düzeneneği

Fizik profesörleri Renato Renner ve Andreas Wallraff liderliğinde hayata geçirilen deney, kuantum mekaniğinin en meşhur prensiplerinden biri üzerine kuruldu. Araştırmacılar, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutulmuş iki adet süperiletken çip kullandı. Kuantum bilgisayarlarının temel bilgi birimi olan bu kübitler, aralarında yaklaşık 30 metre uzunluğunda, yine aşırı soğutulmuş özel bir boru hattıyla birbirine bağlandı. Bu hat üzerinden aktarılan mikrodalga fotonlar, iki çip arasında dolanıklık adı verilen durumu tetikledi. Dolanıklık halindeki iki parçacıktan birinin durumu ölçüldüğü an, aradaki mesafe ne olursa olsun diğer parçacık da anında o ölçümden etkilenir. Kübitlerin birbirinden 30 metre uzakta tutulmasının çok kritik bir sebebi bulunuyor: Ölçüm esnasında, ışık hızındaki bir sinyalin bile bir çipten diğerine ulaşıp sonucu manipüle etmesine zaman kalmıyor. Böylece dışarıdan gelebilecek her türlü bilgi sızıntısı veya fiziksel müdahale engellenerek kuantum durumunun saflığı bütünüyle korunmuş oluyor. Bu yöntem, fizik dünyasından gelişmeler arasında şimdiden çok önemli bir mihenk taşı olarak kabul ediliyor.

Kusurlu Girdiyi Kusursuz Çıktıya Dönüştüren Özel Algoritma

Deneyin işleyiş aşamasında bilim insanları, ilk adım olarak kübitlerin ölçüm tabanını seçmek için standart, yani kusursuz olmayan eski tip bir rastgele sayı üreteci kullandı. İlk başta sisteme giren bu veriler belirli sapmalar taşısa da, kuantum ölçümü gerçekleştikten sonra elde edilen sonuçlar özel bir matematiksel algoritmayla işlendi. Geliştirilen bu yazılımsal aşama, kuantum sisteminden gelen verileri süzerek girdideki tüm yanlılıkları temizledi. Sonuç olarak ortaya çıkan sıfır ve bir dizilerinin tamamen şansa bağlı olduğu, standart istatistiksel testlerin ötesinde, kuantum fiziğinin matematiksel kesinliğiyle kanıtlandı. Üstelik bu yöntem, klasik bilgisayarların yaptığı gibi yoğun matematiksel işlemler gerektirmediği için işlemci maliyetini neredeyse sıfıra indiriyor. Bilgi doğrudan kübitlerin doğasından fışkırdığı için devasa sunucu çiftliklerine ya da saatler süren algoritma döngülerine ihtiyaç kalmıyor.

Siber Güvenlikten Blockchain Ağlarına Geleceğin Altyapısı

Elde edilen çıktının gelecekteki analiz yöntemleri ne olursa olsun mükemmelliğini koruyacağı belirtiliyor. Projenin mimarları, bu başarıyı zaman ölçümünde devrim yaratan atom saatlerine benzetiyor. Nasıl ki atom saatleri tüm dünya için yanılmaz bir zaman referansı sağlıyorsa, bu kuantum düzeneği de dijital sistemler için yanılmaz bir güvenlik referansı oluşturacak. Yeni nesil veri ağlarında, dijital kimlik doğrulama süreçlerinde, büyük ödüllü şans oyunlarında ve özellikle blockchain altyapılarında bu teknolojinin kullanımı hayati önem taşıyor. Özellikle çok düğümlü ağ mimarilerinde, merkezde yer alan tek bir kuantum sunucusunun tüm ağa kusursuz rastlantısallık dağıtması, siber saldırıları kalıcı olarak imkansız hale getirebilir.

Kaynak: livescience.com Physicists achieve 'perfect randomness' for the first time ever

BilimBox Yorumu: İnsan aklı felsefi olarak her zaman mutlak düzeni aramış olsa da, dijital dünyada hayatta kalabilmemiz için mutlak düzensizliğe, yani kaosa ihtiyacımız var. Bugüne kadar güvenli dediğimiz tüm şifreleme yöntemleri, aslında sadece kırılması çok uzun süren gelişmiş matematiksel bulmacalardan ibaretti. ETH Zurich ekibinin başardığı şey, bilgisayar biliminin ürettiği sanal kilitleri, evrenin kendi kuantum yasalarından dövülmüş gerçek kilitlerle değiştirmektir. Gelecekte kuantum bilgisayarları tamamen hayatımıza girdiğinde, mevcut şifreleme standartlarının tamamı bir gecede çöp olacak. İşte o büyük kırılma anı geldiğinde, siber dünyayı ayakta tutacak yegane sığınak bu tür sertifikalı rastlantısallık üreteçleridir. Teknolojinin ticari ve askeri ağlara entegre edilmesiyle birlikte, siber güvenlik kavramı tahmin yürütmeye dayalı bir köşe kapmaca olmaktan çıkıp, fizik yasalarının koruması altında mutlak bir korumaya dönüşecektir.