量子力学で「真の乱数」を生成か？　量子の不確かさで予測困難な乱数の生成に成功

なぜ量子は予測不能？ ‘重ね合わせ’が生む真のランダム

私たちが日常で使う多くの乱数は、コンピュータのアルゴリズムで生み出される「疑似乱数」であり、演算のパターンが読み解かれると推測や再現が可能になってしまう恐れがあります。

暗号やオンラインくじなど「絶対に推測がされては困る」場面には、十分強力とは言い切れないわけです。

一方、物理的なわずかな揺らぎや量子効果を利用したハードウェア乱数生成器も登場してきましたが、「その装置が本当に乱数を出しているのか？」を第三者が厳密に確認するのは容易ではありません。

そこで改めて注目されているのが、量子力学の現象そのものを使った「量子乱数生成」です。

量子力学の特徴として、「測定をするまでは結果が確定していない」という性質が挙げられます。

量子ビット（量子の情報単位）は「重ね合わせ状態」と呼ばれ、たとえばコイントスで言うなら、表と裏が“両方同時に存在している”かのようなイメージです。

測定する瞬間に初めて「表か裏か」が決定され、それまでは確率でしか語れないため、誰も結果を先取りできません。

これこそが量子の“本質的なランダム性”の源です。

また、量子ビットは観測や操作によって簡単に状態が変化してしまうため、「装置の内部で密かに仕掛けを仕込んで予測可能にする」ことも容易ではありません。

もし不正を試みれば量子ビットの状態が壊れ、その痕跡が分かってしまうのです。

こうした“自然が決めるくじ引き”のような仕組みが、量子乱数生成の強力な基盤となっています。

特に量子コンピュータを使えば、古典コンピュータではまねしづらい“本質的なランダム性”を生み出せると期待されています。

とはいえ、「量子力学を使って生み出された乱数」であっても、外部から「それが本当に予測不能かどうか」を十分に証明できないと、不安が残ることも事実です。

そこで研究チームは、「大量のランダム回路を作り、超大型スーパーコンピュータを使った検証手法によって、量子由来の乱数であることを証明する」という壮大な実験に挑戦しました。