Klassinen tietokone ei voi tuottaa todellisia satunnaislukuja. Tietojenkäsittelytieteessä käytettävät algoritmit, joita käytetään tämäntyyppisten lukujen tuottamiseen, perustuvat yleensä ”siemeneksi” kutsuttuun alkuarvoon, jonka avulla on mahdollista tuottaa yksi tai useampi pseudosattumanumero tekemällä matemaattisia laskutoimituksia. Tässä yhteydessä on tarpeen käyttää etuliitettä ”pseudo”, koska tarve turvautua kyseiseen alkuarvoon, siemeneen, tarkoittaa, että saamamme luvut eivät ole todella satunnaisia.
Itse asiassa siemenen valinnassa on useita vaihtoehtoja. Joissakin algoritmeissa käytetään järjestelmän kelloa, ja on jopa mahdollista lisätä luotujen numerosarjojen näennäistä satunnaisuutta käyttämällä entropian lähteitä, kuten esimerkiksi hiiren liikettä tai suorittimen lämpötilaa tietyllä hetkellä. Tästä huolimatta saamamme numerot eivät ole aidosti satunnaisia, koska ne on mahdollista ennustaa, jos tiedämme siemenen ja operaatiot, jotka on suoritettu niiden tuottamiseksi.
Kvanttitietokoneet pelastavat
Satunnaisluvut ovat erittäin tärkeitä yhdysvaltalaiselle finanssiryhmittymälle JPMorganille. Ensi silmäyksellä saattaa tuntua oudolta, että pankki olisi kiinnostunut tällaisten lukujen tuottamiseen tarvittavista menetelmistä, mutta itse asiassa tämä kyky on pankin liiketoiminnan ytimessä. Satunnaisluvut ovat olennaisen tärkeitä salaustekniikoissa, joita käytetään esimerkiksi salattujen tietojen välittämiseen, kryptovaluuttojen kanssa työskentelyyn, uhkapelien kehittämiseen ja yleensä kaikissa prosesseissa, joissa tarvitaan mahdollisimman suurta satunnaisuutta.
Testatakseen suunnitelmaansa he ajoivat algoritminsa 56-kuutioisella kvanttitietokoneella, jossa oli Quantinuumin valmistamia ioniloukkuja.
Niinpä toukokuussa 2023 useat JPMorganin salakirjoittajat kirjoittivat satunnaislukujen generointialgoritmin, joka oli suunniteltu toimimaan kvanttitietokoneella. Heidän strategiansa oli hyödyntää kuutioiden, joiden toimintaa säätelevät kvanttifysiikan säännöt, käyttäytymiseen sisältyvää satunnaisuutta ja tuottaa bittejä, joiden satunnaisuus voitaisiin tarkistaa jälkikäteen.
Testatakseen suunnitelmansa he ajoivat algoritminsa 56-kuutioisella kvanttitietokoneella, jossa oli Honeywellin omistaman yhdysvaltalaisen Quantinuum-yhtiön valmistamia ioniloukkuja. Ja se toimi. He ovat esittäneet kokeensa tulokset yksityiskohtaisesti erittäin mielenkiintoisessa artikkelissa, joka on julkaistu Nature-lehdessä.
Testatakseen, ovatko heidän kvantialgoritminsa avulla saamansa luvut todella satunnaisia, JPMorganin tutkijat tekivät tiivistä yhteistyötä Argonne National Laboratoryn, Oak Ridge National Laboratoryn ja Texasin yliopiston tutkijoiden kanssa Austinissa.
Paperissaan he kehittävät menetelmää, jolla he ovat Yhdysvaltain energiaministeriön supertietokoneiden avulla matemaattisesti osoittaneet, että kvanttitietokoneen antamat luvut ovat aidosti satunnaisia. ”Tämä on vallankumouksellinen tulos […] Seuraavaksi on ymmärrettävä, missä tätä teknologiaa voidaan soveltaa”, sanoo Marco Pistoia, joka johtaa hanketta ja johtaa JPMorganin globaalin teknologian soveltavaa tutkimusta.
