中國(guó)科大教授潘建偉等人與中科院上海微系統(tǒng)所和日本NTT基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作，利用量子糾纏的內(nèi)稟隨機(jī)性，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)與器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)。這有望在數(shù)值模擬、密碼學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并形成新的隨機(jī)數(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)研究成果20日在線發(fā)表在《自然》雜志上。
隨機(jī)數(shù)在科研和日常生活中都有重要應(yīng)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(jù)輸入的隨機(jī)數(shù)種子給出均勻分布的輸出。然而，對(duì)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(jī)數(shù)本質(zhì)上是確定性的，并不真正隨機(jī)。
另一種是基于經(jīng)典熱噪聲實(shí)現(xiàn)，隨機(jī)數(shù)芯片讀取當(dāng)前物理環(huán)境中的噪聲，并獲得隨機(jī)數(shù)。由于環(huán)境中的變量更多，隨機(jī)數(shù)更難預(yù)測(cè)。然而在牛頓力學(xué)框架下，即使影響隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的變量非常多，但在每個(gè)變量的初始狀態(tài)確定后，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及輸出在原理上是可以預(yù)測(cè)的。
量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)改變了這一局面，因?yàn)槠浠疚锢磉^(guò)程具有經(jīng)典物理中所不具備的內(nèi)稟隨機(jī)性，從而可以制造出真正的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。
研究人員首先優(yōu)化了糾纏光子收集、傳輸、調(diào)制等效率，并采用高效率超導(dǎo)單光子探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了高性能糾纏光源的高效探測(cè);然后通過(guò)設(shè)計(jì)快速調(diào)制并進(jìn)行合適的空間分隔設(shè)計(jì)，滿足了與器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置所需的條件。最終，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了與器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)。
專家指出，此項(xiàng)工作將為密碼學(xué)、數(shù)值模擬以及需要隨機(jī)性輸入的各個(gè)領(lǐng)域提供真正可靠的隨機(jī)性來(lái)源，也進(jìn)一步確保了現(xiàn)實(shí)條件下量子通信的安全性。
