ETH-Forschende erzeugen erstmals den perfekten Zufall

Wer bei einem Würfelspiel gewinnt, glaubt an das pure Glück. Doch die Physik sagt etwas anderes: Kein Würfel der Welt ist makellos symmetrisch. Eine Seite wird statistisch gesehen immer minimal häufiger oben liegen als die anderen. Selbst moderne Zufallsgeneratoren liefern laut der ETH Zürich nie völlig ideale Zufallszahlen

Was beim Spieleabend am Küchentisch kaum auffällt, ist für die moderne Datensicherheit ein Problem. Vom Online-Banking bis zur geheimen Chat-Nachricht auf dem Smartphone: Jede Absicherung im Netz basiert auf Zufallszahlen.

Hier setzen die ETH-Physiker Renato Renner und Andreas Wallraff an. Ihr Ziel: Aus unperfekt hergestelltem Zufall reine Zufallszahlen zu filtern. Ihre Methode nennen sie Zufallsverstärkung.

Die am Mittwoch im Fachblatt «Nature» vorgestellte Methode könnte eine wichtige Grundlage für die sichere Verschlüsselung von Daten werden, teilte die ETH Zürich am Mittwoch mit.

Die Forschenden tauchten dafür in die Trickkiste der Quantenphysik ein. Sie nutzten zwei tiefgekühlte Quanten-Chips, die über eine Distanz von 30 Metern miteinander «verschränkt» – also quantenmechanisch verbunden – sind und einen sogenannten Bell-Test, um unvollkommenen Zufall wirklich zufällig zu machen.

Jeder Quanten-Chip stellt dabei ein Quanten-Bit dar, das die Zustände «0» und «1» oder aber eine beliebige Überlagerung dieser Zustände einnehmen kann. Durch das Rohr werden Lichtteilchen zwischen den beiden Chips hin und her geschickt.

Wenn nun an beiden Seiten blitzschnell gemessen wird, ob die Chips den Zustand «0» oder «1» annehmen, kommt der entscheidende Sicherheitsfaktor ins Spiel: Der weite Abstand sorgt dafür, dass während des winzigen Moments der Messung selbst mit Lichtgeschwindigkeit keine Information von einem Chip zum anderen gelangen kann. So wird der perfekte Zufall garantiert.

«Die daraus erzeugte Abfolge von Nullen und Einsen ist jetzt wirklich perfekt zufällig, und das können wir sogar zertifizieren», liess sich Renner in der Mitteilung zitierten.

Die Technologie könnte laut den Forschern etwa zur Verschlüsselung sensibler Kommunikation, digitaler Identitäten oder für Zufallsdienste für Lotterien und Blockchain-Anwendungen genutzt werden.