可防御量子攻击？中国科学家首次实现器件无关的量子随机数

    中青在线北京9月20日电(中国青年报 • 中青在线记者 邱晨辉) 记者从中国科学院获悉，中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、范靖云、马雄峰等，与中科院上海微系统所、日本NTT基础科学实验室合作，近日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学术期刊《自然》杂志上。潘建伟说，在现有的量子通信系统中，如果采用自己制备的或者可信制造商制备的量子随机数产生器，其安全性是可以得到保障的。但是如果人们不小心采用了恶意第三方所制造的器件，就会发生随机数泄露，“如今有了这一最新成果，即使是在使用不信任的第三方器件的情况下，也可以产生真随机数，并且不会泄露，从而确保通信的安全。”

    随机数在科学研究和日常生活中都有着重要的应用：例如，天气预报、新药研制、材料设计、工业设计和核武器研制等领域，常常需要通过数值模拟进行计算，而数值模拟的关键就是要有大量随机数的输入；在游戏、人工智能等领域，需要使用随机数来控制系统的演化；在通信安全、现代密码学等领域，则需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。

    潘建伟说，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。不过前者本质上是确定性的，并不真正随机，而后者由于环境中的变量更多，更难预测，只是某种更难预测的伪随机。按照潘建伟的说法，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。

    潘建伟、张强研究组经过3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、调制等环节的效率，并采用上海微系统与信息技术研究所开发的高效率超导单光子探测器，实现了高性能纠缠光源的高效探测。随后该团队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“可以防御量子攻击”的器件无关量子随机数产生器。

    据潘建伟透露，未来，中科大团队还将建设高速稳定的器件无关量子随机数产生装置，通过提供基于量子纠缠内禀随机性的、高安全性的随机数，争取形成新一代的随机数国际标准。