El dispositivo experimental se basa en dos chips superconductores enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. Cada chip constituye un qubit, el equivalente cuántico de un bit clásico. Conectados por un tubo de 30 metros también enfriado, estos chips pueden intercambiar fotones de microondas en un estado de entrelazamiento. En este estado, la medición de un qubit influye instantáneamente en el otro, sin importar la distancia que los separa.
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Para garantizar la integridad del proceso, los investigadores colocaron los qubits a casi 30 metros de distancia entre sí. Así, incluso una señal que viajara a la velocidad de la luz no podría conectar los dos qubits durante la medición. Esta separación espacial impide cualquier comunicación indeseada que pudiera falsear el carácter aleatorio, una técnica simple pero eficaz para preservar la pureza del entrelazamiento.
¿Cómo "purificar" el azar?
El protocolo comienza con el uso de un generador de números imperfecto (el azar clásico y sesgado del ordenador) para elegir la base de medición de los qubits.
Supongamos que el ordenador clásico da un impulso de partida imperfecto, como una moneda trucada que cayera un 60% en Cara y un 40% en Cruz. Esa señal sesgada es la que los investigadores envían al sistema cuántico.
Ahí es donde opera la magia del entrelazamiento. Antes de ser medidos, los qubits entrelazados se encuentran en un estado fundamentalmente superpuesto: el resultado no está simplemente oculto, sino que aún no existe y es estrictamente imposible de conocer de antemano. El impulso del ordenador (el falso azar 60-40) simplemente desencadena la medición de esos qubits. En ese instante preciso, la naturaleza se ve forzada a hacer una elección pura, restableciendo un 50-50 perfecto y totalmente impredecible.
La idea central es que el sistema cuántico actúa como un "filtro de pureza": utiliza una entrada sesgada para forzar una reacción cuántica cuyo azar final está certificado por las leyes de la física, y no simplemente supuesto por pruebas estadísticas clásicas. La física cuántica garantiza matemáticamente que el resultado final (0 o 1) es totalmente inviolable, incluso para los investigadores que construyeron la máquina.
Implicaciones considerables
Renato Renner, coautor del estudio publicado en Nature, explica que este método reduce considerablemente el costo computacional. "Nuestro enfoque realmente no requiere cómputo", declaró, "porque todo el azar se genera mediante la medición de los qubits. El costo computacional es insignificante en comparación con el de los generadores pseudoaleatorios."
Las implicaciones prácticas son considerables. Los investigadores comparan este avance con el del reloj atómico para la medición del tiempo: un estándar físico confiable en el que otros sistemas pueden apoyarse. Las aplicaciones potenciales incluyen el cifrado de mensajes, las identidades digitales, las loterías y las operaciones en blockchain. Renner precisa que su experimento sería particularmente útil en arquitecturas de red donde cada nodo puede acceder a un servidor que implemente este generador de azar perfecto.