中国科学技术大学潘建伟院士及其同事张强、南方科技大学研究员范靖云等 ， 分别与英国约克大学教授Roger Colbeck、清华大学教授马雄峰合作 ， 采用不同理论方法 ， 在国际上首次实现设备无关的量子随机性扩展 ， 为设备无关量子随机数的实用化奠定坚实基础 。 相关研究成果近日分别发表于《自然—物理学》和《物理评论快报》 。
随机性在人类的生产活动中无处不在 ， 在信息安全、数值模拟、抽样检测和公益彩票等领域中有着重要应用 。 基于量子物理内禀特性产生的量子随机数 ， 被认为是区别于经典随机数的一种真正不可预测的随机性资源 。 设备无关的量子随机数安全性仅仅与系统的输入、输出相关 ， 而并不依赖于物理设备的质量和可信度 。 即使在极端条件下 ， 设备本身不可信或受到第三方控制 ， 乃至窃听者拥有强大的量子计算机 ， 该方案产生的随机比特仍然具有目前最高等级的安全性 。
潘建伟团队和合作者于2018年首次实验实现设备无关的量子随机数产生 。 但在此实验方案中 ， 随机数产生过程中消耗的随机性远远大于产出 ， 随机数产生的不可持续性 ， 阻碍了其在实际应用中的推广 。 针对这一问题 ， 潘建伟团队和合作者设计并实现了设备无关的量子随机性扩展 。 他们与Roger Colbeck合作 ， 在基于熵累积理论的实验中 ， 约在19.2小时内实现2.57×108比特的随机性净增加 。 英国学者Paul Skrzypczyk认为 ， 该工作“毫无疑问提供了最高质量的随机数 ， 是量子技术快速发展的一个里程碑” 。
同时 ， 他们与马雄峰团队合作 ， 在基于量子概率估计方法的实验中 ， 约在13.1小时内实现1.08×108比特的随机性净增加 。 《物理评论快报》审稿人认为 ， 这是一项“量子随机数产生、随机扩展领域中的开创性工作” 。 (桂运安)
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41567-020-01147-2
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.050503
【实验|中外学者合作实现设备无关量子随机性扩展实验】[责任编辑: 赵清建 ]
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