Основная проблема существующих технологий генерации последовательностей случайных чисел заключается не в самом процессе их создания, а в сложности доказательства их истинной случайности. Тем не менее ученые-физики из известного Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали новый принцип, ставший основой для инновационного генератора случайных чисел. Благодаря квантовой природе данного принципа обеспечивается гарантия того, что на выходе устройства формируется исключительно абсолютно случайная последовательность битов. В отличие от этого, ряд современных аналогов использует в качестве источника данных явления, которые могут быть подвержены определенным формам прогнозирования. Несмотря на потенциальные недостатки таких способов, они используются достаточно широко в шифровании данных, которым мы пользуемся каждый день, заходя на сайты по защищенному протоколу https, к примеру.

Разработанный же в институте NIST метод полагается на некоторые непредсказуемые явления квантовой механики, в частности на явление квантовой запутанности, которое Альберт Эйнштейн охарактеризовал, как “призрачное действие на расстоянии”.

“Подброшенная монетка, как кажется с первого взгляда, падает совершенно случайным образом. Но результат этого можно предсказать достаточно легко, надо лишь знать основные законы физики, силу и направление броска монетки” – пишут исследователи, – “Квантовая хаотичность, с другой стороны, является абсолютной хаотичностью, ведь только специализированная квантовая система может определить статистические корреляции между моментом проведения измерения и результатом этого измерения”.

В качестве источника хаотичности (энтропии) новой системы выступает явление квантовой суперпозиции, явление, когда частица может находиться в двух квантовых состояниях одновременно. Это неопределенное положение превращается в определенное положение лишь в момент проведения измерений. В новой системе энтропия источника усилена тем, что измеряется не состояние какой-либо отдельной частицы, а уровень корреляции состояний суперпозиции двух запутанных на квантовом уровне фотонов света.

Для дальнейшего увеличения качества случайных данных, ученые провели анализ последовательностей и нашли, что в случае относительно коротких последовательностей соотношение единиц и нулей равно приблизительно 1 к 1. После этого исследователи написали компьютерную программу, которая использует случайные данные, сгенерированные обычными генераторами и которая выбрасывает из последовательности квантового генератора цепочки, не удовлетворяющие заданным критериям.

В результате этого из исходной последовательности в 100 миллионов битов выбираются всего 1024 бита, показатель случайности которых близок к показателю идеально случайного ряда и составляет несколько триллионных долей процента.

Проверка случайности рядов генерируемых чисел была проведена при помощи двух идентичных квантовых генераторов, расположенных на большом удалении друг дот друга для того, чтобы полностью исключить возникновение каких-либо скрытых физических связей между двумя устройствами. Более того, в данном случае любой обмен информацией между устройствами был попросту невозможен из-за ограничений, связанных со скоростью распространения света. В результате были получены два набора случайных чисел, между которыми совершенно не наблюдалось корреляции. Более того, эти наборы находятся сейчас в открытом доступе, и их случайную природу могут использовать в своих целях все желающие.

Для любознательных

Над квантовыми генераторами случайных чисел (QRNG) сейчас активно работают и в России, и за рубежом. Мы подобрали примеры — так будет проще понять, кто в этой теме и какие подходы развивает.

В России

• «ИнфоТеКС». В 2026 году компания анонсировала продукт ViPNet QRNG. Он создаёт истинно случайные последовательности, опираясь на квантовые явления (в основе — детектирование квазиоднофотонного излучения светодиода с последующей математической обработкой). Устройство выполнено в форм-факторе M.2, его можно встраивать в программно-аппаратные комплексы защиты информации. Разработчики уделили особое внимание тому, чтобы характеристики были воспроизводимыми, а качество случайности — верифицируемым.
• QRate. Эта научно-образовательная компания разработала генератор QRate Chaos. Важный шаг: «Группа Астра» интегрировала его в облако — появился пилотный программно-аппаратный комплекс Astra Cloud. Теперь пользователи могут получать доступ к истинно случайным числам как к сервису: через веб-интерфейс или CLI-приложение. Это решение применяют для генерации криптографических ключей, одноразовых паролей, токенов, а также в задачах защиты инфраструктуры (например, для динамических фильтров в антиDDoS-мерах) и в сфере ИИ.
• Научные организации. Исследования ведут в МГУ, ИФТТ РАН, Академии криптографии РФ, Российском квантовом центре. Например, учёные из Омского государственного университета имени Ф. М. Достоевского в рамках Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» (на базе МИСиС) создали высокоскоростной QRNG: в нём квантовые флуктуации фазы лазерных импульсов преобразуют во флуктуации амплитуды, которые легко измерить фотоприёмниками.

В мире

• ID Quantique. Швейцарская компания — один из мировых лидеров в этой сфере. Она давно выпускает коммерческие QRNG и активно поставляет их для криптографических и безопасных коммуникационных систем.
• QuantumCTek. Китайская компания, которая тоже занимается разработкой и поставкой квантовых генераторов случайных чисел для разных отраслей — от телекоммуникаций до финансов.
• Zhejiang Quantum Technologies. Ещё один китайский игрок на рынке QRNG.
• Университет Колорадо в Боулдере. Учёные здесь представили систему CURBy (Colorado University Randomness Beacon). Её фишка в том, что она сочетает квантовую запутанность (одновременное измерение двух запутанных фотонов) с блокчейн-подобной цепочкой хешей. Это даёт двойную защиту: физические законы исключают подделку, а публичная фиксация хешей делает процесс прозрачным и не позволяет незаметно скорректировать результаты.
• JPMorgan Chase & Co. В 2025 году банк сообщил, что сгенерировал и сертифицировал истинно случайные числа с помощью квантового компьютера (от Honeywell’s Quantinuum). Исследователи вместе с коллегами из Аргоннской и Ок-Риджской национальных лабораторий и Техасского университета в Остине математически доказали «настоящую случайность» последовательности.
• Линчёпингский университет (Швеция). Исследователи разработали QRNG на основе перовскитных светодиодов. У такого подхода есть потенциал: он может сделать генераторы дешевле и экологичнее.

Почему это важно?

Такие генераторы решают ключевую задачу: они дают физически обусловленную, а не алгоритмическую случайность. Это критически нужно для формирования секретных ключей в криптографии, обеспечения работы протоколов аутентификации, цифровой подписи и для повышения устойчивости систем к будущим угрозам (в том числе со стороны квантовых компьютеров).