近日，中国科学技能大学教授潘建伟及其搭档张强、范靖云、马雄峰等与中科院上海微体系与信息技能研究所和日本NTT根底科学试验室协作，在国际上初次成功完成器材无关的量子随机数。相关研究效果于北京时间9月20日清晨在线宣布在《天然》杂志上。这项突破性效果有望构成新的随机数国际标准。
随机数在科学研究和日常日子中都有着重要的使用。例如，天气预报、新药研发、材料规划、工业规划等范畴，常常需求经过数值模仿进行核算，而数值模仿的关键就是要有很多随机数的输入；在游戏、人工智能等范畴，需求使用随机数来控制体系的演化；在通讯安全、现代密码学等范畴，则需求第三方彻底不知道的随机数作为安全性的根底。
以往一般有两类获取随机数的途径：根据软件算法完成或根据经典热噪声完成。软件算法完成的随机数本质上是断定性的，并不真实随机。根据经典热噪声的随机数芯片读取当时物理环境中的噪声，并据此取得随机数，更难猜测。可是在牛顿力学的框架下，即便影响随机数发作的变量十分多，但在每个变量的初始状况断定后，整个体系的运行状况及输出在原理上是能够猜测的，仅仅某种更难猜测的伪随机数。
量子力学的发现从根本上改变了这一局势，因为其基本物理进程具有经典物理中所不具有的内禀随机性，然后能够制造出真实的随机数发作器。
量子羁绊内禀随机性就是量子叠加态丈量塌缩的随机性。量子羁绊也是一种量子叠加态，丈量量子羁绊也会随机塌缩。把这种量子丈量的随机性使用到器材里，就是量子随机数发作器了。这种内禀随机性，从量子力学理论展开的初期就深深困扰着爱因斯坦、薛定谔和温伯格等闻名物理学家。1964年，美国物理学家贝尔经过对量子羁绊进行相关丈量，发现量子力学和定域断定性理论会对丈量成果有着不同的预言。使用这个特性即可展开贝尔试验查验，然后断定量子力学的根底是否齐备和量子随机性是否存在。贝尔理论提出后的几十年中，国际很多科研小组进行了很多试验，量子力学和量子随机性饱尝住了相关的试验查验。可是到现在为止，尚有两个缝隙需求封闭，即自由选择缝隙和塌缩的定域性缝隙。
潘建伟小组针对这两个缝隙，别离使用观察者自主选择和悠远星体发光发作的随机数，于今年别离试验完成了超高损耗下和很多观察者参加的贝尔试验查验。重要而风趣的是，因为贝尔试验与量子内禀随机性存在着深入的内在联系，贝尔试验的查验能够从根本上扫除定域断定性理论，然后完成不依赖于器材的量子随机数，即器材无关量子随机数。
“在现有的量子通讯体系中，假如选用自己制备的或许可信制造商制备的量子随机数发作器，其安全性是能够得到确保的。可是假如咱们不小心选用了恶意第三方所制造的器材，就会发作随机数走漏。咱们新的效果则确保即便是使用不信任第三方的器材的情况下，也能够发作真随机数，并且不会走漏，然后确保通讯的安全。”潘建伟说。
这类随机数发作器被认为是安全性最高的随机数发作设备，因而现在国际上纷繁展开这种随机数发作器的研发作业，美国国家标准与技能研究院正方案使用器材无关的量子随机数发作器树立新一代的随机数国家标准。
完成器材无关的量子随机数发作器在试验上具有极高的技能应战：整套随机数发作设备需求以极高的功率进行羁绊光子的发作、传输、调制、勘探；一起，不同组件间需求设置适宜的空间距离，才能以最高的安全性确保任何窃听者不能经过内部通讯伪造贝尔不等式测验的成果。潘建伟、张强研究组经过3年多的尽力展开了高性能羁绊光源，首要优化了羁绊光子搜集、传输、调制等环节的功率，并选用上海微体系与信息技能研究所开发的高功率超导单光子勘探器，完成了高性能羁绊光源的高效勘探；然后经过规划快速调制并进行适宜的空间分隔规划，满意了器材无关的量子随机数发作设备所需的类空间隔要求。最终，在国际上初次完成了能够防护量子攻击的器材无关量子随机数发作器。
该研究效果及后续研究作业将为密码学、数值模仿以及需求随机性输入的各个范畴供给真实牢靠的随机性来源。一起因为可信任的随机数源是实际条件下量子通讯安全性的关键环节，器材无关随机数的试验完成也进一步确保了实际条件下量子通讯的安全性。
未来，中科大团队将建造高速安稳的器材无关量子随机数发作设备，经过供给根据量子羁绊内禀随机性的、高安全性的随机数，争夺构成新一代的随机数国际标准。
