Fizikçiler İlk Kez 'Kusursuz Rastgeleliği' Başardı

Fizik dünyasında bugüne kadar gerçekleştirilmesi en zor hedeflerden biri olan "gerçek ve kanıtlanabilir rastgelelik" üretimi, İsviçre'deki ETH Zürih'ten bir grup bilim insanı tarafından başarıyla gerçekleştirildi. Kuantum mekaniğinin en gizemli fenomenlerinden biri olan "dolanıklık" (entanglement) olayını kullanan araştırmacılar, tarihte ilk kez mükemmel ve öngörülemez bir rastgelelik dizisi oluşturmayı başardıklarını duyurdu. Bu gelişme, dijital güvenliğin temel taşlarını kökten değiştirebilecek bir potansiyele sahip.

Rastgelelik kavramının fiziksel dünyada neden bu kadar zor olduğu, sonucun sadece çıktıya bakılarak belirlenememesinden kaynaklanıyor. Günlük hayatta kullandığımız zarlar, üzerlerindeki mikro çizikler veya kusurlar nedeniyle aslında belirli eğilimlere sahip olabilir. Yazılımsal rastgele sayı üreteçleri ise genellikle belirli algoritmalar tarafından yönetilir. Hatta basit bir yazı-tura atışı bile teorik olarak fiziksel kuvvetler tarafından yönetildiği için, tüm değişkenler bilinirse sonucu önceden tahmin edilebilir. Asıl zorluk, rastgele görünen sayılar üretmek değil, bu sonucun hiçbir gizli kural veya yanlılık tarafından etkilenmediğini ve kesinlikle tahmin edilemeyeceğini kanıtlamaktır.

Modern siber güvenliğin kalbinde yer alan rastgelelik; şifrelerin, kimlik doğrulama kodlarının ve şifreleme anahtarlarının tahmin edilmesini zorlaştıran temel unsurdur. Şifre oluşturucuların "İlkEvcilHayvanım123" gibi tahmin edilebilir kalıplar yerine anlamsız karakter dizileri üretmesinin sebebi budur. Ancak bu durum sadece bireysel hesap güvenliğiyle sınırlı değil, uluslararası güvenlik standartları için de kritik bir öneme sahiptir. Rastgeleliğin yetersiz olduğu sistemler, saldırganlar için açık bir kapı bırakmaktadır.

Siber güvenlik tarihindeki bazı kritik hatalar, mükemmel rastgeleliğin eksikliğini kanıtlar niteliktedir. 2024 yılında dünyanın en yaygın kullanılan SSH istemcilerinden biri olan PuTTY'de, kriptografik imzalar için kullanılan rastgele sayı üretiminde bir açık tespit edilmişti. Benzer şekilde 2025 yılında AMD Zen 5 işlemcilerdeki RDSEED hatası, donanımsal rastgele sayı talimatının başarıyla tamamlandığını rapor etmesine rağmen aslında tahmin edilebilir değerler ürettiği ortaya çıkarmıştı. Fizikçi Renato Renner, akıllı telefonlar ve bilgisayarlar gibi tüm geleneksel elektronik cihazların tamamen deterministik (belirli bir kurala bağlı) olduğunu, bu nedenle bu cihazların gerçek anlamda rastgele bir değer üretmesinin son derece zor olduğunu vurguluyor.

ETH Zürih ekibi, bu sorunu çözmek için kuantum fiziğinin meşhur "Bell Testi" deneyine başvurdu. Araştırmacılar, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutulan ve aralarında 30 metre mesafe bulunan bir çift dolanık kuantum biti (qubit) oluşturdular. Dolanık parçacıklar, ölçüldüklerinde klasik fizik kurallarıyla açıklanamayacak benzerlikler gösteren yapılardır. Qubitler üzerinde gerçekleştirilen ölçümler, o kadar güçlü korelasyonlar üretti ki, bu sonuçların önceden programlanmış bir davranış veya gizli kurallar tarafından yönetilmesi imkansız hale geldi.

Bu başarının arkasında, deneyin hem hızında hem de stabilitesinde yapılan devasa teknik iyileştirmeler yatıyor. Ekip, yaklaşık dokuz saatlik bir süre zarfında bir milyardan fazla Bell testi denemesi gerçekleştirerek verilerin doğruluğunu tescilledi. Daha önceki kuantum rastgele sayı üreteçleri yüksek düzeyde rastgelelik sunsa da, bunlar hala güvenilir donanımlara ve başlangıçta mükemmel rastgele koşulların varlığına ihtiyaç duyuyordu. ETH Zürih ekibi ise "rastgelelik amplifikasyonu" (randomness amplification) adı verilen bir yöntemle bu bariyeri yıktı.

Rastgelelik amplifikasyonu sayesinde bilim insanları, başlangıçta kusurlu veya yanlılık içeren "mükemmel olmayan" bir rastgelelikten yola çıkarak, bunu tamamen öngörülemez ve sertifikalı bir mükemmel rastgeleliğe dönüştürmeyi başardılar. Araştırmacıların yayınladıkları makalede belirttikleri üzere, bu işlem klasik yöntemlerle gerçekleştirilmesi imkansız olan bir süreçtir. Ayrıca sistem "cihazdan bağımsız" (device independent) bir yapıya sahiptir; yani üretilen rastgeleliğin doğruluğu kullanılan donanımın güvenilirliğine değil, gözlemlenen kuantum davranışına dayanmaktadır.

Uzun vadede bu sistemin, zaman ölçümü için kullanılan atom saatleri gibi, rastgelelik konusunda da fiziksel olarak onaylanmış bir referans kaynağı olması hedefleniyor. Böylece diğer tüm rastgelelik sistemleri bu standart üzerinden ölçülebilecek ve ayarlanabilecek. Fizikçi Renato Renner, yapılan teknik geliştirmeler sayesinde, gelecekte hangi analiz yöntemi kullanılırsa kullanılsın sonsuza dek mükemmel rastgele kalacak sayılar üretmeyi başardıklarını belirtiyor. Bu çığır açan çalışma, bilim dünyasının saygın dergisi Nature'da yayımlandı.