Um grupo de físicos do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurich) conseguiu produzir, pela primeira vez, uma sequência de números que permanece perfeitamente aleatória, sem viés estatístico mensurável, independentemente do método de verificação utilizado. O resultado foi obtido a partir de um arranjo quântico composto por dois chips supercondutores espaçados por 30 metros e ligados por um guia de ondas ultrafrio, solução que elimina as imperfeições típicas dos geradores de números aleatórios clássicos e mesmo dos sistemas quânticos já disponíveis no mercado.
Por que a aleatoriedade absoluta ainda era um desafio
Gerar números aleatórios é simples para aplicações cotidianas, mas torna-se complexo quando se exige imprevisibilidade total. Computadores convencionais recorrem a algoritmos pseudoaleatórios, que repetem padrões se o ponto de partida for descoberto. Mesmo geradores baseados em fenômenos físicos — como ruído eletrônico, rádioatividade ou flutuações térmicas — carregam pequenas irregularidades de hardware que se traduzem em frequências ligeiramente maiores para certos resultados. Para a maioria das tarefas isso não chega a comprometer nada, porém, em criptografia, qualquer mínima correlação abre caminho a ataques de engenharia reversa capazes de expor dados sensíveis.
Soluções quânticas vinham sendo tratadas como saídas naturais, pois as leis da mecânica quântica preveem eventos intrinsecamente probabilísticos. Ainda assim, dispositivos existentes continuavam vulneráveis a falhas de fabricação nos espelhos, divisores de feixe ou sensores que captam os sinais. Essas assimetrias técnicas geram desvios estatísticos detectáveis por análises de alto nível, impedindo que se declare um número realmente imprevisível em escala infinita.
O arranjo de qubits supercondutores e o tubo de 30 metros
Para superar limitações anteriores, o pesquisador Anatoly Kulikov e colegas recorreram a dois qubits supercondutores mantidos a temperaturas próximas do zero absoluto. Cada qubit, isolado em seu próprio chip, pode assumir os estados “0”, “1” ou qualquer superposição desses valores. Os chips foram ligados por um tubo de 30 metros também resfriado, por onde circulam fótons de micro-ondas responsáveis por criar e manter o entrelaçamento quântico entre as unidades.
O entrelaçamento garante que, ao medir um qubit, o resultado observado em cada teste — “0” ou “1” — seja instantaneamente correlacionado com o valor do segundo qubit, sem que qualquer sinal clássico percorra os 30 metros durante a medição. Essa distância foi escolhida de forma que, mesmo na velocidade da luz, não haja tempo suficiente para troca de informação causal, condição essencial para certificar a ausência de influências externas que poderiam introduzir viés.
A escolha do tipo de medição aplicada em cada qubit foi determinada por um gerador convencional de números aleatórios, deliberadamente imperfeito. Em seguida, a equipa aplicou um algoritmo de extração que retira essas imperfeições iniciais a partir das correlações observadas nos qubits. O procedimento converte a sequência bruta em bits finais cuja distribuição é matematicamente comprovada como uniforme, o que significa probabilidade de 50 % para “0” ou “1” em qualquer posição, sem correlação com os valores anteriores ou posteriores.
Certificação independente e implicações práticas
Segundo o professor Renato Renner, também do ETH Zurich, os avanços técnicos no controlo de qubits, na manutenção do vácuo criogénico e no processamento de sinais permitiram, pela primeira vez, demonstrar uma fonte de aleatoriedade cujo caráter perfeito pode ser certificado teoricamente e verificado experimentalmente. A validação passou por baterias de testes estatísticos de última geração, capazes de detetar padrões em escalas que excedem em várias ordens de magnitude os limites dos ensaios tradicionais.
Uma fonte certificada de aleatoriedade tende a ocupar na segurança digital um papel comparável ao dos relógios atômicos na medição de tempo. Na prática, sistemas criptográficos poderiam consultar esse gerador quântico remoto para criar chaves únicas, impossíveis de prever ou reproduzir, fortalecendo comunicações governamentais, bancárias e de infraestrutura crítica. Plataformas de identidade digital, loterias on-line e protocolos de blockchain também aparecem entre os principais beneficiários, uma vez que todos dependem de sorteios imparciais para manter a confiança dos utilizadores.
Imagem: Tecnologia & Inovação
O protótipo ainda ocupa um laboratório completo, requer linhas de criogenia e componentes de micro-ondas de alta precisão, o que distancia o conceito de aplicações comerciais imediatas. Contudo, a experiência abre caminho para miniaturização gradual, assim como ocorreu com os primeiros lasers e relógios atómicos, que hoje cabem em dispositivos portáteis. Empresas especializadas em hardware quântico já acompanham o trabalho, avaliando a possibilidade de integrar fontes certificadas de ruído a futuros processadores de criptografia embutidos em servidores ou terminais móveis.
Outra frente de interesse volta-se a serviços públicos de aleatoriedade, em que um organismo independente transmite números randómicos em canal aberto para qualquer utilizador. A certificação física prometida pelo método suíço reduziria o custo de auditoria desses serviços e afastaria suspeitas de manipulação, frequentemente apontadas em sorteios virtuais ou em aplicações de jogos descentralizados.
Próximos passos da pesquisa
A equipa planeia encurtar o tempo necessário para gerar grandes volumes de dados aleatórios. No experimento atual, a taxa é limitada pela rapidez com que os qubits podem ser inicializados, entrelaçados e medidos sem comprometer a coerência quântica. Melhorias nos circuitos de micro-ondas e na qualidade das cavidades ressoantes devem elevar significativamente essa velocidade.
O grupo também pretende testar diferentes geometrias de entrelaçamento, inclusive disposições em redes maiores com múltiplos qubits, para verificar se o princípio de certificação se mantém escalável. Caso os resultados se confirmem, será possível distribuir aleatoriedade perfeita entre locais ainda mais distantes, abrindo espaço para novas arquiteturas de redes quânticas seguras e para protocolos de votação eletrónica com garantias físicas de imparcialidade.
A demonstração conduzida em Zurique resolve um problema teórico discutido há décadas e estabelece um novo padrão de referência para a geração de números aleatórios. Embora o caminho até um produto comercial exija avanços em engenharia, a prova de conceito indica que, no domínio quântico, a aleatoriedade pode finalmente atingir o grau de perfeição exigido pelos cenários de segurança mais rigorosos.
