Quantenexperiment produzierte echte zufällige Zahlen

Wenn von Quantencomputern die Rede ist, ist eine Sorge meist nicht weit: Die leistungsstarken Rechner könnten ja die Verschlüsselung aushebeln, was zu einem sicherheitstechnischen Supergau führen würde. 

Diese Bedenken sind natürlich nicht von der Hand zu weisen. Was dabei aber oft vergessen wird, ist die Tatsache, dass auch Quantencomputer zur Verschlüsselung eingesetzt werden können. Damit wäre dieses Katz-und-Maus-Spiel wieder unentschieden. 

Ein solcher Schritt hin zur praktikablen Verschlüsselung mithilfe von Quantencomputern ist nun einem Forschungsteam unter der Leitung von JP Morgan gelungen. Sie haben es geschafft, echte zufällige Zahlen zu generieren und diese Zufälligkeit auch nachzuweisen.

➤ Mehr lesen: Durchbruch in Quantenforschung mit "magischer Pinzette" gelungen

Quantenrechner mit 56 Qubits

Das mag auf den ersten Blick trivial erscheinen. Doch wenn man mit einem herkömmlichen Computer eine zufällige Zahl erzeugt - etwa zur Verschlüsselung - dann ist das nicht ganz zufällig. Der Rechner folgt beim Generieren von Zahlen nämlich einem Algorithmus. 

Wird ausreichend Rechenleistung eingesetzt, dann lässt sich vorhersagen, welche Zahl der Algorithmus erzeugt. Mit einem Supercomputer oder eben einem Quantencomputer könnte etwa auf diese Weise die Verschlüsselung ausgehebelt werden. 

Für das Experiment haben die Informatikerinnen und Informatiker von JP Morgan einen Quantinuum H2 von Honeywell genutzt. Dieser Quantenrechner setzt auf gefangene Ionen (trapped-ions) mit denen er auf eine Leistung von 56 Qubits kommt.

➤ Mehr lesen: Microsoft stellt bahnbrechenden Quanten-Chip vor

In ausreichenden Mengen möglich

Mithilfe eines Modells, das als Random Circuit Sampling (RCS) bezeichnet wird, wurden dann die zufälligen Zahlen erzeugen. Bei dem Experiment sind 71.313 nicht vorhersehbare Bitfolgen erzeugt worden - so genannte Entropie-Bits, wie es in der Fachpublikation Nature heißt. 

Damit will das Forschungsteam beweisen, dass es möglich ist, Informationen in ausreichenden Mengen mit echter Zufälligkeit erzeugen zu können. Am Ende soll damit eine reale und praktikable Lösung verdeutlicht werden. 

➤ Mehr lesen: Erstmals Quanten-Teleportation über normales Glasfasernetzwerk gelungen

Beweisbarkeit von zentraler Bedeutung

Die Zufälligkeit der Zahlen wurde von klassischen Supercomputern überprüft. Mit einer Rechenleistung von 1,1 ExaFLOPS konnte im Nachhinein verifiziert werden, dass die Informationen nicht nachträglich manipuliert und tatsächlich zufällig generiert wurden. 

Die Beweisbarkeit der echten Zufälligkeit ist deswegen wichtig, weil dann Audits durchgeführt werden können. Sollte die Verschlüsselung mittels Quantencomputer nachweislich sicher sein, wäre das ein entscheidender Schritt in Richtung realen Anwendungen, wie es in einem Bericht von Bloomberg heißt.