記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士及其同事張強(qiáng)與其他團(tuán)隊合作，采用不同理論方法，在國際上首次實現(xiàn)設(shè)備無關(guān)的量子隨機(jī)性擴(kuò)展，為設(shè)備無關(guān)量子隨機(jī)數(shù)的實用化奠定堅實基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果近日分別發(fā)表于《自然·物理學(xué)》和《物理評論快報》。
隨機(jī)性在人類的生產(chǎn)活動中無處不在，在信息安全、數(shù)值模擬、抽樣檢測和公益彩票等領(lǐng)域中有著重要應(yīng)用。基于量子物理內(nèi)稟特性產(chǎn)生的量子隨機(jī)數(shù)，被認(rèn)為是區(qū)別于經(jīng)典隨機(jī)數(shù)的一種真正不可預(yù)測的隨機(jī)性資源。設(shè)備無關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)安全性僅僅與系統(tǒng)的輸入、輸出相關(guān)，而并不依賴于物理設(shè)備的質(zhì)量和可信度。即使在極端條件下，設(shè)備本身不可信或受到第三方控制，乃至竊聽者擁有強(qiáng)大的量子計算機(jī)，該方案產(chǎn)生的隨機(jī)比特仍然具有目前最高等級的安全性。
潘建偉團(tuán)隊和合作者于2018年首次實驗實現(xiàn)設(shè)備無關(guān)的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生。但在此實驗方案中，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生過程中消耗的隨機(jī)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)出，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的不可持續(xù)性，阻礙了其在實際應(yīng)用中的推廣。針對這一問題，潘建偉團(tuán)隊和合作者設(shè)計并實現(xiàn)了設(shè)備無關(guān)的量子隨機(jī)性擴(kuò)展。他們與約克大學(xué)教授Roger Colbeck合作，在基于熵累積理論的實驗中，約在19.2小時內(nèi)實現(xiàn)2.57×108比特的隨機(jī)性凈增加。英國學(xué)者Paul Skrzypczyk認(rèn)為，該工作“毫無疑問提供了最高質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)，是量子技術(shù)快速發(fā)展的一個里程碑”。
同時，他們與清華大學(xué)教授馬雄峰團(tuán)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(nèi)實現(xiàn)1.08×108比特的隨機(jī)性凈增加。《物理評論快報》審稿人認(rèn)為，這是一項“量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生、隨機(jī)擴(kuò)展領(lǐng)域中的開創(chuàng)性工作”。
