瑞士研究人員聲稱，他們利用兩塊量子超導(dǎo)芯片、一根30米長的導(dǎo)管以及相應(yīng)軟件，成功構(gòu)建出一款完美隨機(jī)數(shù)生成器。研究人員表示，該裝置可用于生成加密密鑰，或?yàn)椴势?、區(qū)塊鏈等應(yīng)用提供"公共隨機(jī)性服務(wù)"。

不過，提出類似主張的研究團(tuán)隊(duì)并非只有他們一家。

大多數(shù)隨機(jī)性來源都存在一定偏差。例如，硬幣或骰子往往會偏向某一面。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人之一安德烈亞斯·瓦爾拉夫（Andreas Wallraff）表示："即便是基于量子力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)代隨機(jī)數(shù)生成器——例如利用光子在分束器上的反射——也并非完全不受系統(tǒng)誤差或'偏差'的影響。"

純粹基于軟件的偽隨機(jī)數(shù)生成器中同樣存在此類偏差問題。這已在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及WhatsApp等應(yīng)用中引發(fā)過安全漏洞。

為解決上述問題，研究團(tuán)隊(duì)搭建了兩塊超導(dǎo)量子芯片，每塊芯片代表一個量子比特，并將其冷卻至接近絕對零度。兩塊芯片通過一根同樣經(jīng)過低溫冷卻的30米長微波導(dǎo)管相連，在兩者之間傳播的微波光子由此形成量子糾纏狀態(tài)。

該過程產(chǎn)生的結(jié)果隨后經(jīng)由一種特殊算法處理，從而生成真正完美的隨機(jī)數(shù)序列。另一位團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人雷納托·雷納（Renato Renner）表示："最終生成的0和1序列是真正完美的隨機(jī)序列，我們甚至可以對此加以認(rèn)證。這一技術(shù)突破使我們能夠創(chuàng)造出永遠(yuǎn)保持完美隨機(jī)性的隨機(jī)數(shù)。"

研究團(tuán)隊(duì)本周在《自然》雜志上發(fā)表了題為"實(shí)驗(yàn)性隨機(jī)性放大"的論文，正式公布了上述研究成果。

Q&A

Q1：什么是量子隨機(jī)數(shù)生成器？它和普通隨機(jī)數(shù)生成器有什么區(qū)別？

A：量子隨機(jī)數(shù)生成器利用量子力學(xué)原理產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，而普通隨機(jī)數(shù)生成器通常是基于數(shù)學(xué)算法的偽隨機(jī)數(shù)生成器。偽隨機(jī)數(shù)生成器存在一定規(guī)律性，可能被預(yù)測，也容易受到系統(tǒng)誤差影響。量子隨機(jī)數(shù)生成器則利用量子糾纏等物理現(xiàn)象，理論上可以產(chǎn)生真正無規(guī)律、不可預(yù)測的隨機(jī)數(shù)序列，安全性更高，更適合用于加密密鑰生成等對隨機(jī)性要求嚴(yán)格的場景。

Q2：瑞士研究團(tuán)隊(duì)的量子隨機(jī)數(shù)生成器具體是如何工作的？

A：該裝置由兩塊超導(dǎo)量子芯片組成，每塊芯片代表一個量子比特，被冷卻至接近絕對零度。兩塊芯片通過一根30米長、同樣經(jīng)過低溫冷卻的微波導(dǎo)管相連，其間傳播的微波光子形成量子糾纏狀態(tài)。產(chǎn)生的結(jié)果再經(jīng)由特殊算法處理，最終輸出經(jīng)過認(rèn)證的完美隨機(jī)數(shù)序列，確保其隨機(jī)性在理論上永久有效。

Q3：這種完美隨機(jī)數(shù)生成器有哪些實(shí)際應(yīng)用場景？

A：根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，該裝置可用于多個對隨機(jī)性要求極高的領(lǐng)域。首先是網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，可用于生成高強(qiáng)度加密密鑰，有效防止密鑰被預(yù)測或破解；其次可作為公共隨機(jī)性服務(wù)平臺，為彩票開獎提供公正透明的隨機(jī)結(jié)果；此外還可應(yīng)用于區(qū)塊鏈領(lǐng)域，為智能合約或去中心化應(yīng)用提供可信的隨機(jī)數(shù)來源，提升系統(tǒng)公平性與安全性。