Numero casuale biochimico

I veri numeri casuali sono necessari per la crittografia delle informazioni e per le slot machine. Si tratta di numeri veramente casuali che non possono essere indovinati da nessuno, nemmeno da persone che hanno una conoscenza dettagliata del metodo utilizzato per generarli.

Di norma, a questo scopo si utilizzano metodi fisici. Ad esempio, la resistenza elettrica di un filo non è costante, ma fluttua leggermente in modo non prevedibile a causa di sottilissimi movimenti di elettroni ad alta frequenza. Le misurazioni di questo rumore di fondo possono quindi essere utilizzate per generare veri numeri casuali.

I ricercatori guidati da Robert Grass, professore presso l'Istituto di ingegneria chimica e bioingegneria, hanno ora descritto per la prima volta un metodo non fisico, ma piuttosto chimico-biologico, per generare tali numeri che funziona effettivamente nella pratica. Le idee precedenti di altri scienziati per creare numeri casuali con mezzi chimici erano di natura più teorica.

Sintesi del DNA con blocchi di costruzione casuali

I ricercatori dell'ETH utilizzano la sintesi di molecole di DNA, un metodo consolidato e frequentemente utilizzato nella ricerca biologica da molti anni. Tradizionalmente, questo metodo viene utilizzato per produrre una sequenza di DNA definita con precisione. In questo caso, invece, i ricercatori hanno prodotto molecole di DNA a partire da 64 blocchi di costruzione, in cui uno dei quattro blocchi di DNA A, C, G o T è stato collocato casualmente in ciascuna delle 64 posizioni. Questo risultato è stato ottenuto utilizzando una miscela dei quattro blocchi di costruzione invece di un solo blocco di costruzione in ogni fase di sintesi.

Con una sintesi relativamente semplice, è stato possibile produrre una miscela di circa tre quadrilioni di molecole di questo tipo. Gli scienziati hanno poi utilizzato un potente metodo di sequenziamento del DNA per determinare la sequenza A-C-G-T di 5 milioni di queste molecole. Si tratta di 12 megabyte di dati, che i ricercatori hanno memorizzato su un computer in una sequenza di zeri e uno.

Una grande quantità di casualità in un piccolo spazio

I quattro elementi costitutivi A, C, G e T non erano distribuiti in modo completamente uguale, come ha dimostrato un'analisi: Sottigliezze della natura o del metodo di sintesi hanno fatto sì che i blocchi G e T venissero incorporati nelle molecole con una frequenza leggermente maggiore rispetto ad A e C. Tuttavia, gli scienziati sono riusciti a correggere questo squilibrio con un algoritmo, generando così numeri casuali perfetti.

In definitiva, il lavoro del professor Grass dell'ETH si è concentrato principalmente sulla dimostrazione che è possibile generare numeri casuali perfetti utilizzando la casualità esistente nella chimica. Un'applicazione diretta non era inizialmente in primo piano. "Rispetto ad altri metodi, tuttavia, il nostro ha il vantaggio di poter generare una grande quantità di casualità utilizzando la sintesi del DNA e di immagazzinarla in uno spazio estremamente ridotto, in una piccola provetta", spiega Grass. "L'informazione può anche essere letta e reinterpretata in forma digitale in un secondo momento. Questo non è possibile con i metodi precedenti".