L’équipe du groupe de théorie de l’information quantique de l’ETH Zurich dirigée par Renato Renner et le groupe de physique expérimentale dirigé par Andreas Wallraff a publié un article dans la revue Nature rapportant la première production et certification rigoureuse par une expérience physique d’« aléatoire parfait » — c’est-à-dire une séquence de bits dont il peut être prouvé qu’elle reste aléatoire et imprévisible quelle que soit la méthode d’analyse. Le dispositif expérimental est composé de deux puces supraconductrices reliées par un tube cryogénique de 30 mètres de long refroidi à une température proche du zéro absolu. Les deux puces forment un intrique quantique grâce à des photons micro-ondes échangés par aller-retour dans le tube. La distance physique de 30 mètres garantit qu’aucune information, même à la vitesse de la lumière, ne peut être échangée entre les deux extrémités pendant la mesure, satisfaisant ainsi l’exigence stricte de « localité » du test des inégalités de Bell. L’équipe de recherche a introduit l’aléatoire initial produit par un générateur de nombres aléatoires imparfait dans le test de Bell, puis a utilisé un algorithme spécialement conçu pour « amplifier l’aléatoire » des résultats de mesure, produisant finalement une séquence parfaitement aléatoire pouvant être certifiée mathématiquement. Renner a comparé cette percée au « franchissement d’une crête » — les améliorations techniques ont permis à l’équipe d’atteindre un point critique qui existait théoriquement mais avait toujours été inaccessible expérimentalement.
Bien que les générateurs de nombres aléatoires basés sur des phénomènes de physique quantique comme le bruit de grenaille et les diodes à avalanche soient largement utilisés en cryptographie, ils ne peuvent pas exclure mathématiquement l’existence de biais systématiques infimes ou de portes dérobées potentielles. Ils ne peuvent donc produire qu’un « aléatoire pratique » et non un « aléatoire parfait certifié ». L’équipe de recherche indique que l’importance à long terme de ce résultat réside dans le fait qu’il pourrait fournir une infrastructure pour la sécurité numérique comparable à celle que l’horloge atomique a apportée à la mesure du temps — une source d’aléatoire physiquement certifiée, digne de confiance pour d’autres systèmes, avec des applications potentielles couvrant le chiffrement des communications sensibles, l’identité numérique, les services d’aléatoire publics (comme les loteries et les applications blockchain), etc.