La «màquina de l’atzar» de Barcelona, del premi Nobel al mercat

Generar números aleatoris té moltes aplicacions. A banda dels jocs d’atzar ‘online’, els ordinadors els necessiten per fer simulacions que utilitzen des de les farmacèutiques fins a les financeres. Per exemple, per predir el temps s’ha de calcular la probabilitat de molts escenaris diferents, i els números aleatoris serveixen per generar-los de manera casual, sense deixar cap escenari rellevant fora. 

L’atzar també és necessari per generar claus de xifratge casuals que ningú pugui endevinar. Els futurs ordinadors quàntics serien capaços de trencar moltes tècniques de xifratge actuals. «La indústria necessitarà números aleatoris de bona qualitat davant d’aquesta amenaça», constata Thomas Strohm, director de tecnologies quàntiques de l’empresa alemanya Bosch, no implicat directament a Quside.

¿En què consisteix el dispositiu?

Hi ha poques coses tan complicades com generar números atzarosos. Si una persona es posa a dir números sense ordre ni concert, aviat es cansarà i començarà a repetir patrons. El mateix els passa als ordinadors, que generen números pseudoaleatoris a partir d’algoritmes. 

«Nosaltres els generem a partir d’un fenomen físic per si mateix aleatori», explica Carlos Abellán, exinvestigador de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) i director de Quside. Dins del dispositiu hi ha un làser de fosfur d’indi. La fase dels seus fotons es comporta naturalment de manera totalment casual. El truc és traduir aquesta característica en senyals elèctrics, corresponents a números atzarosos. 

El 2014, Abellán va demostrar amb altres investigadors de l’ICFO que d’aquesta manera podia generar 43.000 milions de bits aleatoris per segon, entre 1.000 i 10.000 vegades més que els millors dispositius existents en aquell moment. Encaixar aquest experiment de laboratori en una petita capsa va ser el repte següent. El primer resultat va ser el dispositiu FMC400, que es va dissenyar per a clients dedicats a la seguretat de centres de dades. 

Ara l’empresa acaba de llançar la Randomness Processing Unit (RPU), un dispositiu que es pot acoblar amb un superordinador i accelerar fins a 10 vegades la velocitat de les simulacions, i redueix el consum d’energia: la càrrega de generar números aleatoris la porta l’RPU, no l’ordinador. El sistema s’ha assajat en els superordinadors Mare Nostrum, a Barcelona, i Finis Terrae, a Santiago.

«Actualment hi ha diverses empreses que generen números aleatoris de manera competitiva [amb Quside]. Una particularitat [del sistema de Barcelona] és la velocitat», comenta Strohm.

Del mercat a la ciència...

La idea del dispositiu va néixer fa més d’una dècada, en el marc d’un projecte de criptografia quàntica per a satèl·lits, recorda Abellán. Però la primera aplicació va ser una qüestió teòrica, que és a la base de l’últim premi Nobel de física. 

Morgan Mitchell, investigador de l’ICFO que va participar en aquesta troballa, es va assabentar que diversos investigadors buscaven una font de números aleatoris d’alta qualitat, amb un objectiu ambiciós: ni més ni menys que «desmentir» Einstein.

El geni alemany negava la validesa d’un dels fenòmens previstos per la mecànica quàntica: l’entrellaçament quàntic. Si hi ha una parella de partícules subjectes a aquest fenomen (o sigui, «entrellaçades»), tot i que estiguin als extrems oposats de l’Univers, quan s’actua sobre una, l’altra en sent immediatament l’efecte. Einstein va qualificar el procés de «fantasmal acció a distància». 

El 1964, es va dissenyar una prova per esbrinar qui tenia raó: el test de Bell. No va ser fins al 2015 quan es va poder portar a terme aquest test (que, per cert, va treure la raó a Einstein), amb la màxima seguretat de tenir un resultat veraç. Per aconseguir-ho, va ser essencial l’ús de la màquina de l’atzar de Barcelona. El resultat li va merèixer el premi Nobel de física a Anton Zeilinger, un dels científics que van utilitzar el dispositiu. 

...i de la ciència al mercat

Notícies relacionades

Aquestes són les feines que porten més infelicitat

La intel·ligència artificial revoluciona el sector del llibre

«És excitant veure que una investigació aplicada contribueix a la ciència fonamental i viceversa», afirma Mitchell. Efectivament, en paral·lel amb aquests estudis, Abellán i altres col·legues estaven treballant a tota màquina per integrar el dispositiu a un petit xip, cosa que van aconseguir el 2016. 

Quside té ara 35 empleats i un laboratori a Castelldefels. La ‘start-up’ continua gastant més que no factura, però acaba de tancar una ronda d’inversions de fons importants, assegura Abellán. L’esforç del centre d’investigació que la va crear, l’ICFO, es veu compensat per royalties a les vendes, conclou el directiu.