La aleatoriedad no es un concepto abstracto, sino un recurso real y extremadamente valioso. De ella dependen directamente la seguridad de los sistemas criptográficos, la precisión de los estudios estadísticos, la fiabilidad de la simulación por ordenador e incluso cosas cotidianas como la transparencia de las loterías o los juegos de azar. La generación de números aleatorios también es necesaria para la distribución verdaderamente justa de los recursos, por ejemplo, en la formación de listas de jurados o en la selección de objetos para auditorías fiscales. Pero esto solo funciona bajo una condición: que las personas estén seguras de que los resultados son realmente impredecibles.
Ahora existe una nueva herramienta para ello. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST), en colaboración con científicos de la Universidad de Colorado en Boulder, ha desarrollado CURBy, un generador de números aleatorios basado en las leyes de la física cuántica. A diferencia de los enfoques tradicionales, este servicio no se basa en algoritmos de software ni en procesos físicos como la desintegración radiactiva, sino en un fenómeno cuántico fundamental: el entrelazamiento de partículas.
En el corazón de CURBy se encuentra un experimento conocido como prueba de Bell, que permite comprobar si las partículas realmente se comportan de acuerdo con los principios de la mecánica cuántica. Los científicos del NIST realizaron por primera vez este experimento en 2015, demostrando de forma convincente la existencia del entrelazamiento cuántico, un estado en el que los parámetros de dos partículas permanecen vinculados independientemente de la distancia que las separa.
Tres años después, el equipo del NIST demostró que los resultados de dichos experimentos se podían utilizar para generar números verdaderamente aleatorios. Sin embargo, en aquel momento el proceso era extremadamente lento: obtener un solo bloque de 512 bits requería unos diez minutos. Ahora, gracias a la colaboración con los científicos de Colorado, esta etapa se ha acelerado drásticamente: CURBy genera dicha secuencia en solo un minuto, produciendo cientos de nuevas secuencias al día. Además, se publican inmediatamente en acceso abierto en la página web del proyecto.
El principio de funcionamiento del generador se basa en la interacción de un láser y un cristal que produce pares de fotones con polarizaciones entrelazadas. Estos fotones se envían a dos estaciones de medición independientes, situadas a unos cien metros de distancia entre sí. Cada estación está equipada con un filtro de polarización cuyos parámetros cambian aleatoriamente. Después de que el fotón atraviese o sea bloqueado, los detectores registran el resultado. Este proceso se repite 250.000 veces por segundo.
La característica clave de la prueba de Bell es que, si los fotones se comportan según la física clásica, su polarización se determina de antemano, lo que impone un límite al nivel de correlación estadística entre los resultados de las dos estaciones. Pero si las partículas están realmente en un estado de entrelazamiento cuántico, existen en un estado de incertidumbre común hasta el momento de la medición. Además, la interacción con uno de los fotones influye instantáneamente en el estado del otro, sin importar la distancia entre ellos.
Cuando los científicos registran correlaciones que superan el umbral permitido para los sistemas clásicos, esto confirma que el comportamiento de los fotones obedece a las leyes cuánticas. Y dado que la mecánica cuántica es, por naturaleza, probabilística, predecir el resultado de estas mediciones de antemano es imposible. Precisamente esta incertidumbre fundamental se utiliza como fuente de imprevisibilidad para generar números aleatorios.
Tras acumular aproximadamente 15 millones de eventos detectados, los datos se envían a la Universidad de Colorado, donde un programa especializado los convierte en una secuencia de 512 bits aleatorios. Esta información se publica posteriormente de forma accesible en el sitio web de CURBy.
El desarrollo de CURBy no es el único proyecto en esta área. Anteriormente, Amazon ya lanzó un generador cuántico de números aleatorios en su plataforma en la nube, y los investigadores exploran activamente cómo estos generadores cuánticos están cambiando las reglas del juego en el ámbito de la ciberseguridad.
Sin embargo, como destacan los desarrolladores, el efecto cuántico por sí solo no es suficiente para una confianza absoluta. Por ello, CURBy utiliza además la tecnología blockchain, que permite a cualquier persona rastrear y verificar todo el proceso de creación de los números. En cada etapa, se genera una huella digital única mediante un algoritmo criptográfico, el llamado hash. Cada bloque de información subsiguiente incluye el hash del anterior, formando así una cadena. Esta estructura no solo permite rastrear el origen del resultado, sino que hace extremadamente difícil su manipulación: para cambiar un solo bloque, un atacante tendría que reescribir todos los bloques posteriores.
Además, los científicos han implementado su propio protocolo llamado Twine, que refuerza la fiabilidad del sistema mediante un control cruzado. Cada participante en el proceso de generación aleatoria mantiene su propia cadena blockchain. En la versión actual de la plataforma participan tres cadenas: la del NIST, donde se realiza la prueba de Bell; la de la Universidad de Colorado, donde se analizan los datos; y la del servicio independiente Distributed Randomness Beacon Daemon, que proporciona un número aleatorio adicional utilizado en el procesamiento final de los resultados. En el futuro, los desarrolladores planean que otros generadores de aleatoriedad independientes puedan conectarse a este protocolo.
Esta estructura interconectada, que los autores del proyecto metafóricamente llaman "el tapiz", dificulta enormemente cualquier posible manipulación. Si alguna de las partes intenta modificar sus datos, las discrepancias entre las cadenas se detectan de inmediato. Cuantos más eslabones independientes participen en el proceso, más denso es el "tapiz" y más difícil resulta falsificar los resultados.
La importancia de desarrollos como este es difícil de sobreestimar en el contexto del rápido avance de las tecnologías cuánticas. Los sistemas modernos de criptografía cuántica ya utilizan activamente los principios de la física fundamental para proteger la información, y la aparición de los ordenadores cuánticos plantea nuevos retos a la criptografía clásica, exigiendo una adopción acelerada de métodos de protección poscuánticos.
Como señala Jasper Palfrey, participante del proyecto en la Universidad de Colorado, es precisamente la arquitectura multinivel, que combina física cuántica y tecnologías criptográficas, lo que convierte a CURBy en una herramienta única, capaz de garantizar una verdadera distribución justa de números aleatorios, sin posibilidad de manipulación ni intervención.