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          中國量子隨機數研究新突破領先世界

          2019-01-28
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          中國科學技術大學一支團隊日前成功實現了器件無關的量子隨機數,將在數值模擬、密碼學等領域廣泛應用,并有望形成新的隨機數國際標準。相關研究成果于北京時間20日由國際權威學術期刊《自然》在線發表。
           
            中科大教授潘建偉及其同事張強、范靖云、馬雄峰等與中科院上海微系統與信息技術研究所、日本NTT基礎科學實驗室合作,利用量子糾纏的內稟隨機性,在國際上首次實現器件無關的量子隨機數。這是目前安全性最高的隨機數產生裝置。

            隨機數在科學研究和日常生活中都有著重要應用。例如,天氣預報、新藥研制、材料設計、工業設計和核武器研制等領域,常常需要通過數值模擬進行計算,關鍵就是要有大量隨機數輸入;游戲、人工智能等領域,需要使用隨機數來控制系統演化;在通信安全、現代密碼學等領域,則需要第三方完全不知道的隨機數作為安全性的基礎。

            根據量子力學,科學家可以制造出真正的隨機數產生器,即使采用惡意第三方制造的組件,或者使用計算能力超強的量子計算機,也無法預測或獲知它所產生的隨機數。目前國際上紛紛開展這種隨機數產生器的研制工作。

            潘建偉介紹,其團隊的這一成果是在此前技術基礎上,優化了糾纏光子收集、傳輸、調制等效率,并采用上海微系統所開發的高效率超導單光子探測器件,實現了高性能糾纏光源的高效制備;通過設計快速調制并進行合適的空間分隔設計,滿足了器件無關的量子隨機數產生裝置所需的類空間隔要求。

            “無論經典密碼學還是量子保密通信,都需要真正的隨機數作為保障?!迸私▊フf,在現有的量子保密通信系統中,如果采用自己制備的或者可信制造商制備的量子隨機數產生器,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,可能會發生隨機數泄漏。新的成果確保即使是使用不信任第三方的器件,也可以產生真隨機數并且不會泄漏,從而確保通信安全。

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