科学家利用量子纠缠首次生成真随机数
BALI @ 2025.04.03 , 08:04 上午一台量子机器首次利用纠缠态量子比特生成了一个被认证为真正随机的数字，展示了一项连最强大的超级计算机都无法企及的实用功能。
来自美国和英国的研究人员在Quantinuum公司的56量子比特计算机上，将现有的量子霸权实验进行了重新利用，掷出了“上帝的骰子”。结果产生了一个如此随机的数字，以至于任何物理定律都无法预测。
随着网络安全威胁的日益增加，量子技术正变得对安全的电子通信至关重要。
Quantinuum公司总裁兼首席执行官Rajeeb Hazra表示，这是一个“关键的里程碑，它将量子计算牢固地带入了实用性的现实应用领域”。
几年前，德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家Scott Aaronson和Shih-Han Hung提出了一种基于随机电路抽样生成可认证随机比特的方法。这种方法旨在测试设备以最少的经典操作从其量子比特中提取尽可能多的量子能力。
Aaronson说：“当我最初在2018年提出我的认证随机性协议时，我不知道需要等待多久才能看到它的实验演示。”
“在原始协议的基础上进行构建并实现它，是利用量子计算机为实际的密码学应用生成可认证随机比特的第一步。”
当我们掷骰子、抽牌或者思考一个十亿以内的数字时，我们的行为都是无数规则的组合，每条规则都像钟摆的摆动一样，从根本上是可靠且可预测的。即使是像熔岩灯中蜡的漩涡这样的混沌现象，从理论上讲，也受到热力学的支配。
尽管这个规则网络看起来可能很复杂，但事实上，物理学预先决定了每条规则只有一个结果，这为足够聪明的计算机留下了可被利用的模式。这并不是你所期望的，尤其当你希望你的加密方式牢不可破，或者你的《龙与地下城》半精灵圣骑士拥有真正随机的魅力值时。
量子物理学遵循一套不同的规则，这套规则本身就内置了一个随机数生成器，用于决定粒子的属性。据我们所知，附近没有任何隐藏的机制能够让超级计算机巧妙地押注。
研究团队将56个“量子骰子”的命运联系在一起，并使用Aaronson和Hung的协议来最大限度地减少经典物理学的干扰，迫使Quantinuum的设备解决一系列依赖其随机选择过程的问题。
为了确保最终结果足够随机，研究人员使用一种标准化基准协议，跨多个超级计算机验证了结果。该协议将量子服务器的结果与理论理想值进行比较。
凭借每秒超过一千万亿次运算(1.1百亿亿次浮点运算)的综合性能，这些计算机给出的分数轻松超过了真正随机性的基准。这一结果毫无疑问地表明，该解决方案没有任何漏洞能够被一组先进的超级计算机在足够的时间内找到并破解。
利用量子不确定性来生成随机比特本身并不新鲜。然而，通过互联网访问Quantinuum最近升级的System Model H2量子计算机来执行这项任务，该团队证明了“选数字”这个终极游戏可能很快就会被世界上几乎任何人所玩。
Hazra说：“我们认证量子随机性的应用不仅展示了我们离子阱技术无与伦比的性能，而且为交付稳健的量子安全性和在金融、制造等行业实现先进模拟设定了新的标准。”
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。
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