▲基于量子纠缠的量子随机数产生示意图

长久以来，如何获取不可预测的真随机数一直困扰着世界各国的科学家们，我国利用量子技术率先取得突破。近日，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、范靖云、马雄峰等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器件无关的量子随机数。相关研究成果于今日凌晨在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。

生活中，小到天气预报、游戏，大到新药研制、通信安全乃至核武器研制等常常需要通过数值模拟进行计算，而数值模拟的关键就是要有大量随机数的输入，这就对随机数的安全性提出了很高的要求。目前，获取随机数的方法都是基于牛顿力学，它们通过增加影响随机数产生的变量，使得随机数被确定的难度增大，但随机数并非完全无法被第三方预测，因此以这些方法产生的随机数也被称为伪随机数。

量子力学的发现则从根本上改变了这一局面。"量子力学的基本物理过程具有经典物理中所不具有的内禀随机性，从而可以制造出真正的随机数产生器。"潘建伟说。经过三年多的努力，潘建伟、张强研究组发展了高性能纠缠光源，首先优化了纠缠光子收集、传输、调制等效率，并采用上海微系统与信息技术研究所开发的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，满足了器件无关的量子随机数产生装置所需的类空间隔要求。最终，在世界上首次实现了器件无关的量子随机数产生器。

▲器件无关量子随机数实验装置

"在现有的量子通信系统中，如果采用自己制备的或者可信制造商制备的量子随机数产生器，其安全性是可以得到保障的。但是如果我们不小心采用了恶意第三方所制造的器件，就会发生随机数泄漏。我们新的成果则确保即使是使用不信任第三方的器件的情况下，也可以产生真随机数，并且不会泄漏，从而确保通信的安全。"潘建伟说，这项突破性成果将在数值模拟、密码学等领域得到广泛的应用。

据悉，下一步，中科大团队将建设高速稳定的器件无关量子随机数产生装置，通过提供基于量子纠缠内禀随机性的、高安全性的随机数，争取形成新一代的国家随机数标准。

作者：金婉霞

编辑：朱颖婕

责任编辑：姜澎

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