Físicos da ETH Zurich usam entrelaçamento para gerar aleatoriedade perfeitamente certificada

Gerar aleatoriedade verdadeiramente imprevisível - e, mais difícil ainda, demonstrar de forma rigorosa que é mesmo imprevisível - está entre as tarefas mais exigentes da física.

O problema é que, olhando apenas para a sequência produzida, não existe uma maneira infalível de provar que ela é aleatória. É relativamente simples fabricar números que parecem aleatórios; o complicado é mostrar que ninguém poderia ter antecipado o resultado e que não há regras ocultas, vieses subtis ou condicionantes disfarçadas a influenciar o sistema.

Até as abordagens mais familiares falham nesse teste de confiança total:

• Um dado pode ter pequenas mossa(s) e imperfeições que alteram a forma como rola.
• Os geradores de números aleatórios em computador tendem a depender de algoritmos.
• Mesmo o lançamento de uma moeda obedece a forças físicas que, em teoria, poderiam ser previstas.

Porque a aleatoriedade perfeita é tão difícil de certificar

A dificuldade, portanto, não está em produzir zeros e uns com aspeto caótico, mas em provar que a sequência não poderia ter sido prevista por ninguém - isto é, que não foi influenciada por mecanismos determinísticos ou por algum tipo de programação invisível.

É precisamente aqui que uma equipa de físicos da ETH Zurich, na Suíça, afirma ter ultrapassado a barreira, tirando partido de um dos fenómenos mais estranhos da mecânica quântica: o entrelaçamento.

"A sequência resultante de zeros e uns é agora realmente perfeitamente aleatória, e até a conseguimos certificar", diz o físico Renato Renner, da ETH Zurich.

Segurança moderna: porque a aleatoriedade importa

A aleatoriedade está no centro da segurança digital contemporânea. É o ingrediente que torna palavras-passe, códigos de autenticação e chaves de encriptação muito mais difíceis de adivinhar.

É também por isso que os geradores de palavras-passe criam cadeias de caracteres sem significado aparente, em vez de algo óbvio como YourFirstPet123.

O impacto, porém, vai muito além de uma palavra-passe do Flickr, chegando à segurança internacional. Nos últimos anos, surgiram exemplos claros de como falhas na aleatoriedade podem abrir portas a ataques:

• A vulnerabilidade de 2024 no PuTTY, em que um dos clientes SSH mais usados no mundo apresentava um problema na geração de números aleatórios para assinaturas criptográficas.
• O bug de 2025 no AMD Zen 5 RDSEED, no qual uma instrução de hardware para números aleatórios gerava valores previsíveis enquanto indicava, erradamente, sucesso.

Quando um código não é perfeitamente aleatório, torna-se mais fácil para atacantes o anteciparem.

"Qualquer dispositivo eletrónico convencional, como um telemóvel ou um computador, é completamente determinístico", disse Renner a Adam Kovac na Scientific American, "por isso, é realmente muito difícil para um computador ou qualquer outro dispositivo eletrónico gerar um valor aleatório".

Entrelaçamento e teste de Bell: a experiência da ETH Zurich

À procura de uma forma de contornar a natureza determinística da eletrónica tradicional, os investigadores recorreram a uma experiência quântica conhecida como teste de Bell.

Para isso, criaram um par de bits quânticos, ou qubits, entrelaçados, separados por 30 metros (98 pés) e arrefecidos a temperaturas próximas do zero absoluto. Partículas entrelaçadas são aquelas que, quando medidas, revelam semelhanças cuja explicação não pode ser dada apenas pela física clássica.

As medições efetuadas nos qubits produziram correlações tão fortes que não podiam ser atribuídas a regras escondidas comuns nem a um comportamento pré-programado.

Este resultado exigiu melhorias técnicas importantes, tanto na estabilidade como na velocidade do ensaio, permitindo à equipa realizar mais de mil milhões de ensaios do teste de Bell ao longo de cerca de nove horas.

Até aqui, outros geradores quânticos de números aleatórios já conseguiam saídas muito aleatórias, mas continuavam a depender de hardware de confiança e de condições iniciais perfeitamente aleatórias.

A equipa da ETH Zurich demonstrou, em alternativa, algo a que chama amplificação da aleatoriedade: começar deliberadamente com aleatoriedade imperfeita - isto é, uma fonte que pode trazer pequenos defeitos ou enviesamentos - e transformá-la em aleatoriedade que pode ser certificada como perfeitamente imprevisível.

"Crucially," escrevem no artigo, "randomness amplification has been proven to be impossible by purely classical means."

O resultado é um sistema capaz de gerar aleatoriedade perfeitamente certificável, mesmo quando o ponto de partida é uma aleatoriedade falha ou incompleta.

Independência do dispositivo e o que pode mudar no futuro

Outra característica essencial é ser independente do dispositivo: a aleatoriedade não assenta na confiança no hardware em si, mas no comportamento quântico observado durante a experiência.

A longo prazo, os investigadores defendem que o sistema poderá desempenhar, para a aleatoriedade, um papel semelhante ao que os relógios atómicos desempenham na medição do tempo - uma fonte fisicamente certificada, capaz de servir de referência para comparar e ajustar outras.

"As melhorias técnicas permitiram-nos, pela primeira vez, criar números aleatórios que permanecerão perfeitamente aleatórios por toda a eternidade - independentemente dos métodos analíticos usados para avaliar a sua aleatoriedade", afirma Renner.

A investigação foi publicada na Nature.