我國科學家實現設備無關量子隨機性擴展實驗

　　近日，中國科學技術大學教授潘建偉院士團隊與國內外科研團隊合作，采用不同的理論方法，在國際上首次實現了設備無關的量子隨機性擴展，為設備無關量子隨機數的實用化發展奠定了堅實基礎，相關的研究成果近日分別發表于《自然·物理學》和《物理評論快報》上。

　　隨機性在人類的生產活動中無處不在，也是自然界的基本屬性之一，在信息安全、數值模擬、抽樣檢測和公益彩票等多個領域中有著重要的應用。基于量子物理內稟特性產生的量子隨機數被認為是區別于經典隨機數的一種真正不可預測的隨機性資源。然而，量子隨機數產生器若使用了惡意第三方生產的器件或設備，會有隨機數泄露的隱患。設備無關的量子隨機數產生協議解決了這一問題。與常規的量子隨機數產生器不同，根據貝爾理論的指導，它的安全性僅僅與系統的輸入輸出相關而并不依賴于物理設備的質量和可信度。用戶在使用這種量子隨機數產生器時，只需根據其輸入輸出數據的統計結果來判斷儀器是否發生故障或是否存在對設備構成安全威脅的惡意攻擊。一旦統計結果符合協議要求，其安全性就得以保證。
　　
　　設備無關的量子隨機數產生的本質在于，無漏洞貝爾不等式的違背證明了固有的量子相干性是隨機性的來源。即使在極端條件下，設備本身不可信或受到第三方控制，乃至竊聽者擁有強大的量子計算機，該方案產生的隨機比特仍然具有目前最高等級的安全性，任何基于量子或經典物理的策略都無法對結果進行預測。

　　潘建偉團隊和合作者于2018年首次實驗實現了設備無關的量子隨機數產生，文章發表在《自然》雜志。但是在此實驗方案中，隨機數產生過程中消耗的隨機性遠遠大于產出。隨機數產生的不可持續性阻礙了其在實際應用中的推廣。針對這一問題，潘建偉團隊及其合作者們設計并實現了設備無關的量子隨機性擴展。科研團隊與約克大學合作，在基于熵累積理論的實驗中，約在19.2小時內實現了2.57×108比特的隨機性凈增加。同時，與清華大學科研團隊合作，在基于量子概率估計方法的實驗中，約在13.1小時內實現了1.08×108比特的隨機性凈增加。該工作被《物理評論快報》審稿人給予高度認可，評論為“量子隨機數產生/隨機擴展領域中的開創性工作”。兩項研究成果分別使用不同的理論方案各自獨立完成，為未來設備無關量子隨機數的商業化與實用化奠定基礎。(總臺央視記者帥俊全)

　　轉自：央視新聞客戶端

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