中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)一支團(tuán)隊(duì)日前成功實(shí)現(xiàn)了器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)，將在數(shù)值模擬、密碼學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并有望形成新的隨機(jī)數(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間20日由國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

中科大教授潘建偉及其同事張強(qiáng)、范靖云、馬雄峰等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、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)際上首次實(shí)現(xiàn)器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)。這是目前安全性最高的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置。

隨機(jī)數(shù)在科學(xué)研究和日常生活中都有著重要應(yīng)用。例如，天氣預(yù)報(bào)、新藥研制、材料設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)和核武器研制等領(lǐng)域，常常需要通過數(shù)值模擬進(jìn)行計(jì)算，關(guān)鍵就是要有大量隨機(jī)數(shù)輸入；游戲、人工智能等領(lǐng)域，需要使用隨機(jī)數(shù)來控制系統(tǒng)演化；在通信安全、現(xiàn)代密碼學(xué)等領(lǐng)域，則需要第三方完全不知道的隨機(jī)數(shù)作為安全性的基礎(chǔ)。

根據(jù)量子力學(xué)，科學(xué)家可以制造出真正的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，即使采用惡意第三方制造的組件，或者使用計(jì)算能力超強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)，也無(wú)法預(yù)測(cè)或獲知它所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。目前國(guó)際上紛紛開展這種隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器的研制工作。

潘建偉介紹，其團(tuán)隊(duì)的這一成果是在此前技術(shù)基礎(chǔ)上，優(yōu)化了糾纏光子收集、傳輸、調(diào)制等效率，并采用上海微系統(tǒng)所開發(fā)的高效率超導(dǎo)單光子探測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了高性能糾纏光源的高效制備；通過設(shè)計(jì)快速調(diào)制并進(jìn)行合適的空間分隔設(shè)計(jì)，滿足了器件無(wú)關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置所需的類空間隔要求。

“無(wú)論經(jīng)典密碼學(xué)還是量子保密通信，都需要真正的隨機(jī)數(shù)作為保障。”潘建偉說，在現(xiàn)有的量子保密通信系統(tǒng)中，如果采用自己制備的或者可信制造商制備的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，其安全性可以得到保障。但如果不小心采用了惡意第三方制造的器件，可能會(huì)發(fā)生隨機(jī)數(shù)泄漏。新的成果確保即使是使用不信任第三方的器件，也可以產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)并且不會(huì)泄漏，從而確保通信安全。  （記者 董瑞豐）