God dobbelt niet, zei Albert Einstein, omdat hij niet geloofde dat in de quantummechanica, de natuurkunde van het allerkleinste, het toeval werkelijk een rol speelt, zoals zijn collega’s vermoedden.
Maar daarin had Einstein ongelijk, en inmiddels hebben meerdere, steeds ingenieuzere quantummechanische experimenten aangetoond dat toeval en onvoorspelbaarheid juist diep ingebakken zitten in de quantumnatuurkunde.
Natuurkundige Gautam Kavuri van de University of Colorado en collega’s, hebben deze fundamentele onvoorspelbaarheid nu ingezet om op commando willekeurige, of random, getallen te leveren, op een manier die ook nog eens compleet controleerbaar is. Ze publiceren hun gegarandeerde, controleerbare quantum-randomgetallengenerator in een artikel in Nature.
Hun generator is sinds 9 mei operationeel: op de website is iedere minuut een nieuwe gegarandeerd reeks van 512 bits op te halen voor alle partijen die behoefte hebben aan gegarandeerde, controleerbare, quantummechanische willekeur. Ook beweegt er een bizon, de mascotte van Colorado University, honderd procent willekeurig over een virtueel American Football-veld.
Placebo-groepen
Gegarandeerde random-getallen worden breed toegepas: om proefpersonen in medische trials toe te wijzen aan placebo-groepen, voor willekeurige steekproeven in accountancy-controles, en ook in een groot aantal technische en wetenschappelijke toepassingen zoals computersimulaties en tests voor quantumcomputers.
Daarbij is het belangrijk dat de getallen echt willekeurig zijn en beschermd tegen hacken of andere pogingen van kwaadwillenden die de random getallen naar hun hand willen zetten. Voor dat laatste is het fijn als je achteraf kunt controleren dat de generatie netjes volgens het boekje is gegaan. Kavuri presenteren daarvoor een schema van apparatuur en protocollen, met de naam CURBy (wat staat voor Colorado University Beacon of Randomness).
Het schema begint met het opsplitsen van een foton, een deeltje laserlicht, in twee lichtdeeltjes die quantummechanisch met elkaar verstrengeld zijn: de polarisaties van de lichtdeeltjes zijn altijd tegengesteld. Beide verstrengelde deeltjes worden op 110 meter afstand van elkaar gemeten op onafhankelijke meetopstellingen.

Nep-quantum-opstelling
De uitkomsten van zulke quantummechanische metingen zijn willekeurig en dus onvoorspelbaar. Maar ze zijn wel op een quantummechanische, precies omschreven manier met elkaar gecorreleerd. Deze zogenaamde Bell-correlaties worden ook vastgelegd, samen met een tijdsstempel. Dat garandeert achteraf dat er niet gewerkt is met een nep-quantum-opstelling (die de Bell-correlaties en de onafhankelijke vastgelegde meetresultaten nooit zo zou kunnen reproduceren).
Het idee daarbij is ook dat onafhankelijkheid van de twee meetstations het proces beschermt tegen manipulatie. Het CURBy schema gebruikt uiteindelijk drie onafhankelijk werkende stations die data vastleggen, maar dat aantal kan uitgebreid worden om de verantwoordelijkheid verder te verdelen.
Het vastleggen van alle gegevens gebeurt met een reeks hashes, een korte digitale vingerafdruk van een datapakket. Iedere hash wordt als input gebruikt bij het berekenen van de volgende hash, en ook bij het berekenen volgende hashes op andere meetstations. Zo wordt het vrijwel onmogelijk om gegevens met terugwerkende kracht te veranderen, omdat je dan alle hashes op alle onafhankelijke meetstations zou moeten aanpassen.
