每秒產生188億個！中國科學家實現世界最快實時量子隨機數發生器

發布時間：2021-07-04

來源：新華網

　　新華社合肥7月4日電（記者徐海濤）隨機數是一種重要資源，在信息安全、密碼學、科學仿真等眾多領域都有應用需求，但要人工產生大量“真隨機數”卻是個難題。近日，中國科學技術大學教授潘建偉、張軍等人聯合浙江大學儲濤教授研究組，通過研制硅基光子集成芯片和優化處理，實現了速率達18.8Gbps的世界最快實時量子隨機數發生器。

　　隨機數在科學研究和日常生活中都有重要應用，比如在信息安全和密碼學等領域，需要第三方完全不知道的隨機數作為安全性的基礎。在游戲和人工智能等領域，需要使用隨機數來控制系統的演化。在天氣預報、新藥研發、新材料設計等領域，也常需要通過數值模擬進行計算，而數值模擬的關鍵是要有大量隨機數的輸入。

　　要人工產生大量“真隨機數”并不容易，很多隨機數發生器其實是基于確定性的算法，產生的是“偽隨機數”。量子力學的出現從根本上改變了這一局面，因為其物理過程具有“內稟隨機性”。量子隨機數發生器具有不可預測性、不可重復性和無偏性等特征，是量子通信系統中的關鍵核心器件。

　　潘建偉、張軍等人長期研究實用化量子隨機數發生器，并取得了多項世界前沿性成果。近期，他們進一步發展了基于真空態漲落的高速量子隨機數產生方案，并完成實驗驗證。同時，他們與浙江大學儲濤等合作，通過多次迭代制備了硅光芯片，并通過進一步優化處理算法和硬件實現，在實現高集成度的同時，大大提升了量子隨機數發生器的實時生成速率。

　　經傳輸測試，該量子隨機數發生器的實時生成速率達到創世界紀錄的18.8Gbps，相當于每秒鐘產生188億個隨機數。這個研究成果，為開發低成本的商用量子隨機數發生器單芯片奠定了技術基礎。

　　日前，國際知名學術期刊《應用物理快報》以“封面論文”的形式發表了這項研究成果。