As sequências de bits aleatórios são ingredientes essenciais de várias tarefas na vida moderna e, especialmente, na comunicação segura. Em um novo estudo, os pesquisadores determinaram que a geração de verdadeiras sequências de bits aleatórios, clássico ou quântico, é uma missão impossível. Com base nessas descobertas, eles demonstraram um novo método de comunicação segura classificada.

A definição matemática de uma sequência de bits aleatória é tão simples que pode ser resumida em uma frase:uma sequência de bits cujo próximo bit é igual a 0 ou 1 com igual probabilidade, independente dos anteriores. Embora a definição seja muito simples, a certificação prática de um processo como aleatório é muito mais complicada, mas crucial, por exemplo, em comunicação segura, onde as informações devem ser embaralhadas para evitar que os hackers prevejam um fluxo de bits.

Em artigo a ser publicado em 5 de novembro, 2019 no jornal Cartas Europhysics , pesquisadores da Bar-Ilan University demonstram que longas sequências com aleatoriedade certificada pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos estão longe de ser verdadeiramente aleatórias. Seu trabalho demonstra que uma grande fração de bits não aleatórios pode ser sistematicamente incorporada em tais sequências de bits sem afetar negativamente sua aleatoriedade certificada. Essa descoberta leva a um novo tipo de comunicação segura classificada entre duas partes, em que até mesmo a existência da própria comunicação é oculta.

"O ponto de vista científico e tecnológico atual é que apenas processos físicos não determinísticos podem gerar sequências de bits verdadeiramente aleatórias, que são verificados de forma conclusiva por centenas de testes estatísticos muito abrangentes, "disse o principal autor do estudo, Prof. Ido Kanter, do Departamento de Física da Universidade Bar-Ilan e do Centro Multidisciplinar de Pesquisa do Cérebro de Gonda (Goldschmied). O grupo de pesquisa de Kanter inclui Shira Sardi, Herut Uzan, Shiri Otmazgin, Dr. Yaara Aviad e Prof. Michael Rosenbluh.

“Propomos uma estratégia reversa, que nunca foi testado antes. Nossa estratégia visa quantificar a quantidade máxima de informações que podem ser sistematicamente incorporadas em uma sequência de bits aleatória certificada, sem prejudicar sua certificação, "disseram os alunos de Ph.D. Shira Sardi e Herut Uzan, os principais contribuintes da pesquisa.

Usando essa estratégia, o nível de aleatoriedade pode ser quantificado além da certificação binária. Além disso, uma vez que as informações são sistematicamente incorporadas na sequência de bits, a abordagem oferece um novo criptossistema, semelhante à esteganografia, onde a existência de qualquer comunicação é completamente oculta.

"De acordo com os princípios fundamentais da física quântica, espera-se que a aleatoriedade dos geradores de bits aleatórios quânticos seja perfeita. Na prática, Contudo, esta aleatoriedade quântica perfeita pode ser diminuída por muitas imperfeições experimentais, disse o Prof Kanter. "Portanto, uma sequência gerada por um gerador de número quântico, em última análise, tem que ser certificada por testes estatísticos que podem diferenciar entre sequências quânticas garantidas originais e espúrias. Contudo, espera-se que a incompletude recém-descoberta da aleatoriedade prática interrompa até mesmo os geradores de números aleatórios quânticos. "

O novo ponto de vista apresentado neste trabalho exige uma reavaliação da definição quantificada de medição da aleatoriedade clássica e quântica, bem como sua aplicação para proteger a comunicação.