تلعب العشوائية دورًا حاسمًا في العديد من المجالات، من علوم الحاسوب والهندسة إلى التشفير، وحتى التنبؤ بالطقس. فهم العشوائية واستخدامها أمر أساسي لمحاكاة العالم الحقيقي، وتصميم الخوارزميات، والتنبؤ بالنتائج في ظروف غير مؤكدة. في مجال الحوسبة الكمومية، العشوائية لا غنى عنها أيضًا، لكن توليدها تقليديًا يتطلب عمليات حسابية هائلة. ومع ذلك، أظهرت أبحاث حديثة أجراها توماس شوستر وفريقه من معهد كاليفورنيا للتقانة (كالتيك) أن صعوبة توليد العشوائية على الحواسيب الكمومية أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.

في الحوسبة الكمومية، تُمثل المعلومات بوحدات تُسمى الكيوبتات (qubits)، وليس البتات التقليدية (0 أو 1). أثبت العلماء أن الحواسيب الكمومية، من خلال ترتيب أو خلط الكيوبتات بشكل عشوائي، يمكنها إظهار قدرات تفوق الحواسيب التقليدية، أي تحقيق التفوق الكمومي (quantum advantage). ومع ذلك، عملية الترتيب العشوائي للكيوبتات معقدة وتُعرض الحالات الكمومية الهشة للانهيار، لذا كان يُعتقد أن التطبيقات التي تعتمد على العشوائية تقتصر على الحواسيب الكمومية الصغيرة. اقترح فريق كالتيك طريقة مبتكرة تقسم مجموعة الكيوبتات إلى كتل أصغر، وأثبتوا رياضيًا أن كل كتلة يمكنها توليد العشوائية بشكل مستقل. في ورقة نُشرت في مجلة Science، شرح الفريق كيفية "لصق" هذه الكتل معًا لتشكيل نسخة مختلطة جيدة من تسلسل الكيوبتات الأصلي.

يعني هذا الاختراق أن استخدام تسلسلات الكيوبتات المختلطة عشوائيًا على أنظمة كمومية أكبر أصبح ممكنًا، مما يمهد الطريق لبناء حواسيب كمومية أقوى. ستتمكن هذه الحواسيب من معالجة تطبيقات العالم الحقيقي مثل التشفير والمحاكاة بكفاءة أعلى. كما أثار البحث تساؤلات فلسفية عميقة حول طبيعة الملاحظة الفيزيائية، مشيرًا إلى أن سرعة إخفاء المعلومات في الأنظمة الكمومية قد تفرض قيودًا أساسية على فهمنا للطبيعة. قال توماس شوستر: "نتائجنا تشير إلى أن بعض الخصائص الفيزيائية الأساسية قد تكون صعبة الفهم من خلال التجارب الكمومية التقليدية."