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我國科學家實現與器件無關的量子隨機數
2018-09-21 11:43  

中國科大教授潘建偉等人與中科院上海微系統所和日本NTT基礎科學實驗室合作,利用量子糾纏的內稟隨機性,在國際上首次成功實現與器件無關的量子隨機數。這有望在數值模擬、密碼學等領域得到廣泛應用,并形成新的隨機數國際標準。相關研究成果20日在線發表在《自然》雜志上。

隨機數在科研和日常生活中都有重要應用。以往它的獲取通常有兩種途徑:一種是基于軟件算法,根據輸入的隨機數種子給出均勻分布的輸出。然而,對于確定的輸入,固定的算法將給出確定的輸出序列,因此,這類隨機數本質上是確定性的,并不真正隨機。

另一種是基于經典熱噪聲實現,隨機數芯片讀取當前物理環境中的噪聲,并獲得隨機數。由于環境中的變量更多,隨機數更難預測。然而在牛頓力學框架下,即使影響隨機數產生的變量非常多,但在每個變量的初始狀態確定后,整個系統的運行狀態及輸出在原理上是可以預測的。

量子力學的發現改變了這一局面,因為其基本物理過程具有經典物理中所不具備的內稟隨機性,從而可以制造出真正的隨機數產生器。

研究人員首先優化了糾纏光子收集、傳輸、調制等效率,并采用高效率超導單光子探測器,實現了高性能糾纏光源的高效探測;然后通過設計快速調制并進行合適的空間分隔設計,滿足了與器件無關的量子隨機數產生裝置所需的條件。最終,在世界上首次實現了與器件無關的量子隨機數。

專家指出,此項工作將為密碼學、數值模擬以及需要隨機性輸入的各個領域提供真正可靠的隨機性來源,也進一步確保了現實條件下量子通信的安全性。

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