O dispositivo experimental baseia-se em dois chips supercondutores resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. Cada chip constitui um qubit, o equivalente quântico de um bit clássico. Conectados por um tubo de 30 metros também resfriado, esses chips podem trocar fótons de micro-ondas, em um estado de emaranhamento. Nesse estado, a medição de um qubit influencia instantaneamente o outro, independentemente da distância que os separa.
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Para garantir a integridade do processo, os pesquisadores colocaram os qubits a quase 30 metros um do outro. Assim, mesmo um sinal viajando à velocidade da luz não poderia conectar os dois qubits durante a medição. Essa separação espacial impede qualquer comunicação indesejada que poderia distorcer o caráter aleatório, uma técnica simples, mas eficaz, para preservar a pureza do emaranhamento.
Como "purificar" o acaso?
O protocolo começa com o uso de um gerador de números imperfeito (o acaso clássico e tendencioso do computador) para escolher a base de medição dos qubits.
Suponha que o computador clássico forneça um impulso inicial imperfeito, como uma moeda viciada que cairia 60% em Cara e 40% em Coroa. É esse sinal tendencioso que os pesquisadores enviam para o sistema quântico.
É aí que a magia do emaranhamento opera. Antes de serem medidos, os qubits emaranhados encontram-se em um estado fundamentalmente superposto: o resultado não está simplesmente oculto, ele ainda não existe e é estritamente impossível de ser conhecido antecipadamente. O impulso do computador (o falso acaso 60-40) simplesmente acionará a medição desses qubits. Nesse instante preciso, a natureza é forçada a fazer uma escolha pura, restabelecendo um 50-50 perfeito e totalmente imprevisível.
A ideia central é que o sistema quântico atua como um "filtro de pureza": ele usa uma entrada tendenciosa para forçar uma reação quântica cujo acaso final é certificado pelas leis da física, e não simplesmente presumido por testes estatísticos clássicos. A física quântica garante matematicamente que o resultado final (0 ou 1) é totalmente inviolável, mesmo para os pesquisadores que construíram a máquina.
Implicações consideráveis
Renato Renner, coautor do estudo publicado na Nature, explica que esse método reduz consideravelmente o custo computacional. "Nossa abordagem não requer realmente computação", declarou ele, "pois todo o acaso é gerado pela medição dos qubits. O custo computacional é desprezível em comparação com o dos geradores pseudoaleatórios."
As implicações práticas são consideráveis. Os pesquisadores comparam esse avanço ao do relógio atômico para a medição do tempo: um padrão físico confiável no qual outros sistemas podem se basear. As aplicações potenciais incluem a criptografia de mensagens, identidades digitais, loterias e operações em blockchain. Renner esclarece que seu experimento seria particularmente útil em arquiteturas de rede onde cada nó pode acessar um servidor que implementa esse gerador de acaso perfeito.