Erste beweisbar echte Zufallszahlen im Quantencomputer erzeugt

Quantencomputer werden oft vor allem als Risiko für die bisherigen Verschlüsselungsverfahren angesehen. Ein Experiment zeigte nun jedoch, dass sie auch Durchbrüche bei der Umsetzung deutlich besserer Kryptografie-Verfahren bringen können.

Wichtiger Durchbruch für Kryptografie

Informatiker bei der Bank JPMorgan Chase haben als erste weltweit nachweislich echte Zufallszahlen mit einem Quantencomputer generiert. Wie aus einer im Journal Nature veröffentlichten Studie hervorgeht, wurde die Sequenz mit einem Quantencomputer des Unternehmens Quantinuum, einer Tochter von Honeywell, erzeugt. Wissenschaftler von JPMorgan arbeiteten dabei mit den nationalen Forschungslaboren Argonne und Oak Ridge sowie der University of Texas at Austin zusammen. Es gelang, mathematisch zu beweisen, dass die erzeugten Zahlen tatsächlich vollkommen zufällig sind.

Herkömmliche Zufallszahlengeneratoren, die für die Verschlüsselung sensibler Daten essenziell sind, beruhen in der Regel auf algorithmischen Berechnungen. Für einen normalen Nutzer scheinen die Zahlen wirklich zufällig zu sein. Letztlich handelt es sich aber um vorhersehbare Sequenzen, die mit zunehmender Rechenleistung mit wachsender Wahrscheinlichkeit entschlüsselt werden können.


Die neue Methode von JPMorgan bietet eine nachweislich nicht vorhersehbare Alternative und könnte damit künftig in sicherheitskritischen Bereichen wie Finanzdienstleistungen oder der kritischen Infrastruktur eingesetzt werden. Andere Unternehmen, darunter auch Quantinuum, haben bereits Zufallszahlen mit Quantencomputern erzeugt und kommerziell genutzt, etwa für Rechenzentren oder Smart-Meter-Technologien. Doch die von JPMorgan entwickelte Zertifizierung ermöglicht erstmals einen mathematischen Beweis der echten Zufälligkeit.

Beweis mit Supercomputern

"Das ist besonders relevant für Anwendungen, die eine nachweisliche Unvorhersehbarkeit erfordern, wie zum Beispiel Lotterien", erklärt Konstantinos Karagiannis, Experte für Quantencomputing beim Beratungsunternehmen Protiviti. "In der Kryptografie ist der Beweis entscheidend: Eine Verschlüsselung ist entweder nachweislich sicher oder eben nicht."

Zwischen Mai 2023 und Mai 2024 entwickelten Kryptografen von JPMorgan einen Algorithmus für die Quantenmaschine von Quantinuum, um Zufallszahlen zu erzeugen. Die Validierung erfolgte dann mithilfe von Supercomputern des US-Energieministeriums. "Das ist ein bahnbrechendes Ergebnis", betont Marco Pistoia, Leiter der Technologie- und Anwendungsforschung bei JPMorgan. "Der nächste Schritt wird sein, konkrete Anwendungsbereiche herauszuarbeiten."


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