米国国立標準技術研究所（NIST）は、コロラド大学ボルダー校と提携し、量子もつれを検証可能なランダム性の源として使用する初めての乱数生成器、コロラド大学ランダムネスビーコン（CURBy）を開発し展開しました。このシステムは一般にアクセス可能で、あらゆるユーザーが出力を検証できるプロトコルの下で動作し、暗号化および公開ランダムネスサービスにおける長年の課題に対処しています。
CURByは、もつれ光子対から生の乱数を生成するNIST主導のベルテストに基づいています。この種の量子非局所性により、結果が根本的に予測不可能で、事前に決定したり操作したりすることができないことが保証され、古典的な擬似乱数生成器とは一線を画しています。このシステムは、Twineプロトコル（ランダムネス生成パイプライン全体の追跡可能性と透明性を確保する、ブロックチェーンにインスパイアされた新しいフレームワーク）を含む処理スタックを通じて、このエントロピーをバイナリ出力に精製します。
運用開始から40日間で、CURByは試行の99.7%で検証可能なランダムネスの生成に成功し、毎秒25万回以上の量子もつれ試行から512ビットの出力を生成しました。ユーザーは、オープンソースのデータログとTwineのハッシュベースの認証フレームワークを通じて、独自にランダムネスを監査および検証することができ、これにより他のビーコンとの将来の相互運用性が可能になり、堅牢な分散型セキュリティモデルをサポートします。
この取り組みは、証明可能な量子優位性に裏付けられた、一般に利用可能な初めての量子ランダムネスビーコンを表しています。潜在的な応用には、安全な宝くじ、暗号鍵の生成、リソース割り当て、および改ざん耐性のある公開エントロピー源を必要とするあらゆる領域が含まれます。この取り組みは、NISTのベル不等式違反に関する以前の基礎実験に基づいており、CURByを量子セキュアな公共システムのための先駆的なインフラストラクチャサービスとして位置づけています。
背景
量子もつれとは、2つの粒子が互いに強く結びつき、一方の状態を測定すると他方の状態が瞬時に決まる現象です。CURByはこの性質を利用し、もつれ光子対から乱数を生成します。ベルテストは、この量子もつれが実際に存在し、古典的な物理法則では説明できない「非局所性」を持っているかを確認する検証手法です。これにより、生成される乱数が外部から事前に予測や操作ができない根本的なランダム性であることが保証されます。
また、Twineプロトコルは、ブロックチェーンにインスパイアされたフレームワークです。これは乱数生成の全過程を追跡・透明化し、出力の改ざん防止と監査可能性を確保する役割を果たします。ハッシュベースの認証フレームワークを用いることで、ユーザーは独自にデータログを検証でき、信頼性の高い公開ランダムネスサービスを実現しています。
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2025年6月11日
