首次实现设备无关量子随机性扩展实验

记者从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士及其同事张强与其他团队合作,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。他们与约克大学教授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,他们与清华大学教授马雄峰团队合作,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”。

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