टीम के सदस्य जिन्होंने कर्बी क्वांटम रैंडम नंबर जनरेटर बनाया। बाएं से दाएं, जैस्पर पाल्फ्री (कोलोराडो विश्वविद्यालय बोल्डर), गौतम कावुरी (एनआईएसटी) और क्रिस्टर शालम (एनआईएसटी)।
श्रेय: एक प्रकार का होना
यादृच्छिकता अविश्वसनीय रूप से उपयोगी है। लोग अक्सर तिनके खींचते हैं, पासा चुनने के लिए पासा या फ्लिप सिक्के फेंकते हैं। रैंडम नंबर ऑडिटर्स को पूरी तरह से निष्पक्ष चयन करने में सक्षम कर सकते हैं। यादृच्छिकता भी सुरक्षा में महत्वपूर्ण है; यदि कोई पासवर्ड या कोड संख्याओं का एक असभ्य स्ट्रिंग है, तो इसे दरार करना कठिन है। हमारे कई क्रिप्टोग्राफिक सिस्टम आज सुरक्षित कुंजियों का उत्पादन करने के लिए यादृच्छिक संख्या जनरेटर का उपयोग करते हैं।
लेकिन आप कैसे जानते हैं कि एक यादृच्छिक संख्या वास्तव में यादृच्छिक है? शास्त्रीय कंप्यूटर एल्गोरिदम केवल छद्म-यादृच्छिक संख्या बना सकते हैं, और एल्गोरिथ्म या सिस्टम के पर्याप्त ज्ञान के साथ कोई व्यक्ति इसे हेरफेर कर सकता है या अगले नंबर की भविष्यवाणी कर सकता है। हाथ की नींद में एक विशेषज्ञ एक सिर या पूंछ के परिणाम की गारंटी के लिए एक सिक्का फ्लिप में रिग कर सकता है। यहां तक कि सबसे सावधान सिक्का फ़्लिप में पूर्वाग्रह हो सकता है; पर्याप्त अध्ययन के साथ, उनके परिणामों की भविष्यवाणी की जा सकती है।
नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (NIST) के भौतिक विज्ञानी क्रिस्टर शालम ने कहा, “ट्रू रैंडमनेस कुछ ऐसा है जो ब्रह्मांड में कुछ भी पहले से भविष्यवाणी नहीं कर सकता है।” यहां तक कि अगर एक यादृच्छिक संख्या जनरेटर प्रकृति में प्रतीत होता है यादृच्छिक प्रक्रियाओं का उपयोग करता है, तो यह सत्यापित करना मुश्किल होगा कि वे संख्या वास्तव में यादृच्छिक हैं, शाल्म ने कहा।
आइंस्टीन का मानना था कि प्रकृति यादृच्छिक नहीं है, प्रसिद्ध रूप से यह कहते हुए, “भगवान ब्रह्मांड के साथ पासा नहीं खेलता है।” वैज्ञानिकों ने तब से साबित किया है कि आइंस्टीन गलत था। पासा या कंप्यूटर एल्गोरिदम के विपरीत, क्वांटम यांत्रिकी स्वाभाविक रूप से यादृच्छिक है। बेल टेस्ट नामक एक क्वांटम प्रयोग को पूरा करते हुए, शालम और उनकी टीम ने सच्चे क्वांटम यादृच्छिकता के इस स्रोत को एक ट्रेस करने योग्य और प्रमाणित यादृच्छिक-संख्या सेवा में बदल दिया है। उनके परिणाम अभी प्रकाशित किए गए थे प्रकृति।
“अगर भगवान ब्रह्मांड के साथ पासा खेलता है, तो आप इसे सबसे अच्छे यादृच्छिक संख्या जनरेटर में बदल सकते हैं जो ब्रह्मांड की अनुमति देता है,” शाल्म ने कहा। “हम वास्तव में उस प्रयोग को प्रयोगशाला से बाहर निकालना चाहते थे और इसे एक उपयोगी सार्वजनिक सेवा में बदलना चाहते थे।”
ऐसा करने के लिए, NIST शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों को कोलोराडो विश्वविद्यालय बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय यादृच्छिकता बीकन (कर्बी) बनाया गया। कर्बी स्वचालित रूप से यादृच्छिक संख्या का उत्पादन करता है और किसी को भी उपयोग करने के लिए एक वेबसाइट के माध्यम से उन्हें दैनिक प्रसारित करता है।
श्रेय:
एक प्रकार का होना
इस सेवा के केंद्र में NIST- रन बेल टेस्ट है, जो वास्तव में यादृच्छिक परिणाम प्रदान करता है। यह यादृच्छिकता एक प्रकार के कच्चे माल के रूप में कार्य करती है, जो बाकी शोधकर्ताओं के सेटअप को बीकन द्वारा प्रकाशित यादृच्छिक संख्याओं में “परिष्कृत” करता है।
बेल टेस्ट “उलझे हुए” फोटॉनों के जोड़े को मापता है, जिनके गुणों को विशाल दूरी से अलग होने पर भी सहसंबद्ध किया जाता है। जब शोधकर्ता एक व्यक्तिगत कण को मापते हैं, तो परिणाम यादृच्छिक होता है, लेकिन जोड़ी के गुण शास्त्रीय भौतिकी की तुलना में अधिक सहसंबद्ध होते हैं, जिससे शोधकर्ताओं को यादृच्छिकता को सत्यापित करने में सक्षम बनाता है। आइंस्टीन ने इस क्वांटम नॉनक्लिसिटी को “डरावना कार्रवाई” कहा।
यह पहली यादृच्छिक संख्या जनरेटर सेवा है जो क्वांटम नॉनक्लिसिटी को इसकी संख्या के स्रोत के रूप में उपयोग करता है, और अब तक के यादृच्छिक संख्याओं का सबसे पारदर्शी स्रोत है। ऐसा इसलिए है क्योंकि परिणाम पहले से कहीं अधिक हद तक प्रमाणित और पता लगाने योग्य हैं।
“कर्बी पहले सार्वजनिक रूप से उपलब्ध सेवाओं में से एक है जो एक सिद्ध क्वांटम लाभ के साथ संचालित होती है। यह हमारे लिए एक बड़ा मील का पत्थर है,” शाल्म ने समझाया। “इन यादृच्छिक बिट्स की गुणवत्ता और मूल को सीधे इस तरह से प्रमाणित किया जा सकता है कि पारंपरिक यादृच्छिक संख्या जनरेटर करने में असमर्थ हैं।”
NIST ने 2015 में पहले पूर्ण प्रयोगात्मक बेल परीक्षणों में से एक का प्रदर्शन किया, जिसने दृढ़ता से स्थापित किया कि क्वांटम यांत्रिकी वास्तव में यादृच्छिक है। 2018 में, NIST ने दुनिया के पहले स्रोतों को सच्चे यादृच्छिकता के पहले स्रोतों का निर्माण करने के लिए इन घंटी परीक्षणों का उपयोग करने के लिए तरीकों का बीड़ा उठाया।
हालांकि, इन क्वांटम सहसंबंधों को यादृच्छिक संख्या में बदलना कठिन काम है। NIST की बेल टेस्ट के पहले सफलता के प्रदर्शनों को कुछ घंटों के लिए चलने के लिए सेटअप के महीनों की आवश्यकता होती है, और 512 बिट्स को ट्रू रैंडमनेस उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त डेटा एकत्र करने में बहुत समय लगा। शालम और टीम ने पिछले कुछ वर्षों में प्रयोग को मजबूत बनाने और स्वचालित रूप से चलाने के लिए बिताया ताकि यह मांग पर यादृच्छिक संख्या प्रदान कर सके। ऑपरेशन के अपने पहले 40 दिनों में, प्रोटोकॉल ने 7,454 प्रयासों में से 7,434 बार यादृच्छिक संख्या का उत्पादन किया, 99.7% सफलता दर।
“यदि भगवान ब्रह्मांड के साथ पासा खेलता है, तो आप इसे सबसे अच्छे यादृच्छिक संख्या जनरेटर में बदल सकते हैं जो ब्रह्मांड की अनुमति देता है।” —क्रेस्टर शालम, एनआईएसटी भौतिक विज्ञानी
यह प्रक्रिया एक विशेष नॉनलाइनियर क्रिस्टल के अंदर उलझे हुए फोटॉनों की एक जोड़ी को उत्पन्न करके शुरू होती है। फोटॉन हॉल के विपरीत छोर पर प्रयोगशालाओं को अलग करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से यात्रा करते हैं। एक बार जब फोटॉन प्रयोगशालाओं तक पहुंचते हैं, तो उनके ध्रुवीकरण को मापा जाता है। इन मापों के परिणाम वास्तव में यादृच्छिक हैं। इस प्रक्रिया को प्रति सेकंड 250,000 बार दोहराया जाता है।
NIST कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय में एक कंप्यूटर प्रोग्राम के लिए इन क्वांटम सिक्के के लाखों लोगों को पास करता है। विशेष प्रसंस्करण चरणों और सख्त प्रोटोकॉल का उपयोग बाइनरी कोड (0s और 1s) के 512 यादृच्छिक बिट्स में उलझे हुए फोटॉनों पर क्वांटम माप के परिणामों को बदलने के लिए किया जाता है। परिणाम यादृच्छिक बिट्स का एक सेट है जो कोई नहीं, आइंस्टीन भी नहीं, भविष्यवाणी की जा सकती थी। कुछ अर्थों में, यह प्रणाली ब्रह्मांड के सर्वश्रेष्ठ सिक्के फ्लिप के रूप में कार्य करती है।
NIST और इसके सहयोगियों ने यादृच्छिकता उत्पादन प्रक्रिया में हर कदम का पता लगाने और सत्यापित करने की क्षमता को जोड़ा। उन्होंने सुतली प्रोटोकॉल विकसित किया, क्वांटम-संगत ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकियों का एक उपन्यास सेट जो कई अलग-अलग संस्थाओं को बेल टेस्ट से यादृच्छिकता को उत्पन्न करने और प्रमाणित करने के लिए एक साथ काम करने में सक्षम बनाता है। सुतली प्रोटोकॉल एक हैश के साथ बीकन के लिए डेटा के प्रत्येक सेट को चिह्नित करता है। ब्लॉकचेन तकनीक में हैश का उपयोग डिजिटल फिंगरप्रिंट के साथ डेटा के सेट को चिह्नित करने के लिए किया जाता है, जिससे डेटा के प्रत्येक ब्लॉक को पहचानने और जांच करने की अनुमति मिलती है।
सुतली प्रोटोकॉल किसी भी उपयोगकर्ता को प्रत्येक यादृच्छिक संख्या के पीछे डेटा को सत्यापित करने की अनुमति देता है, नेलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय में परियोजना पर एक शोध सहायक जैस्पर पाल्फ्री को समझाया। प्रोटोकॉल अन्य यादृच्छिक संख्या बीकन हैश ग्राफ में शामिल होने देने के लिए विस्तार कर सकता है, जो यादृच्छिकता का एक नेटवर्क बनाता है जो हर कोई योगदान देता है लेकिन कोई व्यक्तिगत नियंत्रण नहीं है।
इन हैश चेन को इंटरट्यूटिव करना एक टाइमस्टैम्प के रूप में कार्य करता है, जो बीकन के लिए डेटा को एक साथ एक ट्रेस करने योग्य डेटा संरचना में जोड़ता है। यह सुरक्षा भी प्रदान करता है, जिससे सुतली प्रोटोकॉल प्रतिभागियों को डेटा के तुरंत हेरफेर करने की अनुमति मिलती है।
“सुतली प्रोटोकॉल हमें इन सभी अन्य बीकन को एक साथ विश्वास के एक टेपेस्ट्री में एक साथ बुनने देता है,” पाल्फ्री ने कहा।
एक जटिल क्वांटम भौतिकी की समस्या को एक सार्वजनिक सेवा में बदलना ठीक है, इसलिए इस काम ने परियोजना के एक स्नातक छात्र गौतम कावुरी से अपील की। पूरी प्रक्रिया खुला स्रोत है और जनता के लिए उपलब्ध है, किसी को भी न केवल अपने काम की जांच करने की अनुमति देता है, बल्कि यहां तक कि बीकन पर अपना यादृच्छिक संख्या जनरेटर बनाने के लिए भी निर्माण करता है।
कर्बी का उपयोग कहीं भी किया जा सकता है, एक स्वतंत्र, यादृच्छिक संख्याओं का सार्वजनिक स्रोत उपयोगी होगा, जैसे कि जूरी उम्मीदवारों का चयन करना, एक ऑडिट के लिए एक यादृच्छिक चयन करना, या एक सार्वजनिक लॉटरी के माध्यम से संसाधनों को असाइन करना।
“मैं कुछ ऐसा बनाना चाहता था जो उपयोगी हो। यह यह अच्छी चीज है जो मौलिक विज्ञान का अत्याधुनिक है,” कावुरी ने कहा। “NIST एक ऐसी जगह है जहाँ आपको उन परियोजनाओं को आगे बढ़ाने की स्वतंत्रता है जो महत्वाकांक्षी हैं, लेकिन आपको कुछ उपयोगी भी देगी।”
पेपर: गौतम ए। कावुरी एट अल। एक गैर-स्थानीय क्वांटम लाभ से यादृच्छिक यादृच्छिक संख्या। प्रकृति। ऑनलाइन 11 जून, 2025 प्रकाशित। DOI: 10.1038/S41586-025-09054-3