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我国在国际上首次实现器件无关的量子随机数

信息来源:中国科技网    发布日期:2018-09-20   

  记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士及其同事与中科院上海微系统所等合作,在国际上首次成功实现器件无关的量子随机数。相关研究成果于北京时间9月20日凌晨在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。

  随机数在科学研究和日常生活中都有着重要的应用:如在通信安全和现代密码学等领域,就需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。以往通常有两类获取随机数的途径:基于软件算法实现或基于经典热噪声实现。但这类随机数本质上是确定性的,并不真正随机。

  量子力学的发现从根本上改变了这一局面,因为其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。这类随机数发生器被认为是安全性最高的随机数产生装置,即使采用恶意第三方制造的组件,或者窃听者拥有计算能力最强的量子计算机,也无法预测或获知它所产生的随机数。

  实现器件无关的量子随机数产生器在实验上具有极高的技术挑战。潘建伟研究组在此前系列贝尔实验中发展的技术基础上,经过三年多的努力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,并采用中科院上海微系统所开发的高效率超导单光子探测器件,实现了高性能纠缠光源的高效探测。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。

  这项突破性成果将在数值模拟和密码学等领域得到广泛的应用,有望形成新的随机数国际标准。

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