03 jul 2020

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APLICACIONES DE LA MECÁNICA CUÁNTICA

Azar a toda prisa

Científicos del Icfo fabrican el sistema más rápido para generar números aleatorios

Los usos potenciales incluyen desde la meteorología hasta las operaciones bancarias

MICHELE CATANZARO / Barcelona

Hacer cosas sin orden ni concierto no es tan fácil como parece. Por ejemplo, intente usted decir las primeras cifras que le vienen a la cabeza: 5,4,2,7,6… Si le piden seguir hasta mil seguidas, probablemente se canse y empiece a repetir ciertos números con más frecuencia que otros. Y entonces ya no estará diciendo cifras al azar.

Un equipo de investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (Icfo), en Castelldefels (Baix Llobregat), ha desarrollado un instrumento para generar secuencias de números totalmente casuales y además a una velocidad récord: 43.000 millones de bits aleatorios por segundo, entre 1.000 y 10.000 veces más que los mejores dispositivos existentes. El equipo del Icfo ha patentado el prototipo y lo está testando en un centro de supercomputación japonés con el objetivo de ponerlo en el mercado.

NO ES UNA EXCENTRICIDAD / Tanto interés para generar números a ciegas no es una excentricidad. Basta con pensar que, según los papeles de Edward Snowden, la Agencia de Seguridad Nacional de Estados Unidos (NSA) pagó más de 7 millones de euros a la principal empresa de cifrado del mundo, RSA Security, para conocer la clave con la cual generaba sus números aleatorios.

Y es que estos bits al buen tuntún entran en juego en multitud de aplicaciones. Por ejemplo, los usan los superordenadores que producen las predicciones del tiempo. Estas se fundamentan en programas «que necesitan simular muchas condiciones distintas», explica el físico Morgan Mitchell, creador del dispositivo junto con Valerio Pruneri y sus respectivos equipos. Los números casuales sirven para generar estos escenarios meteorológicos de manera casual, para poder calcular cuál es efectivamente el más probable. «Si se usan números no aleatorios, que tienen patrones repetitivos, algún escenario relevante podría quedarse fuera de las simulaciones», explica Mitchell.

Otra aplicación es la generación de claves. «Cuando te conectas a una web segura, tu ordenador y el servidor negocian una conexión segura. En este proceso, tu ordenador genera una clave que se usará en esa sesión. Se necesitan números aleatorios para generar claves que nadie pueda adivinar y así leer la comunicación», explica el científico.

La manera más fácil de generar números al azar es a través de programas informáticos. Sin embargo, estas secuencias no son estrictamente aleatorias: al cabo de un tiempo, cualquier programa acaba entrando en un bucle. Otra estrategia es utilizar procesos naturales. «Si pones un micrófono a grabar el viento y digitalizas esa señal, puedes obtener secuencias de bits aleatorios -explica-, pero la turbulencia no es un fenómeno del todo casual. Si alguien fuera capaz de detectar sus patrones, podría predecir la secuencia de bits».

Por este motivo, los investigadores del Icfo han buscado procesos físicos que se sabe que son absolutamente azarosos. Estos se hallan en el reino de la mecánica cuántica, la teoría que describe la materia a escala microscópica. «Por ejemplo, si lanzas un fotón contra un espejo semirreflectante, la cuántica dice que puede cruzar el espejo, o bien ser reflejado, de forma totalmente casual: no hay manera de predecir qué va a pasar», insiste el físico.

PULSOS DE LUZ / En su invención, los investigadores usan un láser que genera pulsos de luz con una propiedad (la fase) que tiene naturaleza cuántica y es totalmente azarosa. En su dispositivo, la luz se hace interferir para incrementar la fuerza de la señal y se convierte en una secuencia de bits utilizando tecnología de telecomunicación estándar: la combinación de las dos cosas permite extraer un número récord de bits de cada pulso.

«El punto clave es que consiguen ir muy rápido con una tecnología relativamente sencilla, lo que explica el interés comercial», dice Josh Nunn, experto de la Universidad de Oxford no implicado en el trabajo del Icfo. «Además, los autores dan pruebas de que los números generados son realmente aleatorios», añade.

De momento, el dispositivo mide como una caja de zapatos y Mitchell estima que sería demasiado caro para el uso doméstico. Pero el equipo ya está pensando en cómo miniaturizarlo y abaratarlo.