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我国科学家实现与器件无关的量子随机数
2018-09-21 11:43  

中国科大教授潘建伟等人与中科院上海微系统所和日本NTT基础科学实验室合作,利用量子纠缠的内禀随机性,在国际上首次成功实现与器件无关的量子随机数。这有望在数值模拟、密码学等领域得到广泛应用,并形成新的随机数国际标准。相关研究成果20日在线发表在《自然》杂志上。

随机数在科研和日常生活中都有重要应用。以往它的获取通常有两种途径:一种是基于软件算法,根据输入的随机数种子给出均匀分布的输出。然而,对于确定的输入,固定的算法将给出确定的输出序列,因此,这类随机数本质上是确定性的,并不真正随机。

另一种是基于经典热噪声实现,随机数芯片读取当前物理环境中的噪声,并获得随机数。由于环境中的变量更多,随机数更难预测。然而在牛顿力学框架下,即使影响随机数产生的变量非常多,但在每个变量的初始状态确定后,整个系统的运行状态及输出在原理上是可以预测的。

量子力学的发现改变了这一局面,因为其基本物理过程具有经典物理中所不具备的内禀随机性,从而可以制造出真正的随机数产生器。

研究人员首先优化了纠缠光子收集、传输、调制等效率,并采用高效率超导单光子探测器,实现了高性能纠缠光源的高效探测;然后通过设计快速调制并进行合适的空间分隔设计,满足了与器件无关的量子随机数产生装置所需的条件。最终,在世界上首次实现了与器件无关的量子随机数。

专家指出,此项工作将为密码学、数值模拟以及需要随机性输入的各个领域提供真正可靠的随机性来源,也进一步确保了现实条件下量子通信的安全性。

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