瑞士研究团队宣称利用量子芯片构建出完美随机数生成器

瑞士研究人员声称，他们利用两块量子超导芯片、一根30米长的导管以及相应软件，成功构建出一款完美随机数生成器。研究人员表示，该装置可用于生成加密密钥，或为彩票、区块链等应用提供"公共随机性服务"。

不过，提出类似主张的研究团队并非只有他们一家。

大多数随机性来源都存在一定偏差。例如，硬币或骰子往往会偏向某一面。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）研究团队负责人之一安德烈亚斯·瓦尔拉夫（Andreas Wallraff）表示："即便是基于量子力学效应的现代随机数生成器——例如利用光子在分束器上的反射——也并非完全不受系统误差或'偏差'的影响。"

纯粹基于软件的伪随机数生成器中同样存在此类偏差问题。这已在物联网设备及WhatsApp等应用中引发过安全漏洞。

为解决上述问题，研究团队搭建了两块超导量子芯片，每块芯片代表一个量子比特，并将其冷却至接近绝对零度。两块芯片通过一根同样经过低温冷却的30米长微波导管相连，在两者之间传播的微波光子由此形成量子纠缠状态。

该过程产生的结果随后经由一种特殊算法处理，从而生成真正完美的随机数序列。另一位团队负责人雷纳托·雷纳（Renato Renner）表示："最终生成的0和1序列是真正完美的随机序列，我们甚至可以对此加以认证。这一技术突破使我们能够创造出永远保持完美随机性的随机数。"

研究团队本周在《自然》杂志上发表了题为"实验性随机性放大"的论文，正式公布了上述研究成果。

Q&A

Q1：什么是量子随机数生成器？它和普通随机数生成器有什么区别？

A：量子随机数生成器利用量子力学原理产生随机数，而普通随机数生成器通常是基于数学算法的伪随机数生成器。伪随机数生成器存在一定规律性，可能被预测，也容易受到系统误差影响。量子随机数生成器则利用量子纠缠等物理现象，理论上可以产生真正无规律、不可预测的随机数序列，安全性更高，更适合用于加密密钥生成等对随机性要求严格的场景。

Q2：瑞士研究团队的量子随机数生成器具体是如何工作的？

A：该装置由两块超导量子芯片组成，每块芯片代表一个量子比特，被冷却至接近绝对零度。两块芯片通过一根30米长、同样经过低温冷却的微波导管相连，其间传播的微波光子形成量子纠缠状态。产生的结果再经由特殊算法处理，最终输出经过认证的完美随机数序列，确保其随机性在理论上永久有效。

Q3：这种完美随机数生成器有哪些实际应用场景？

A：根据研究团队介绍，该装置可用于多个对随机性要求极高的领域。首先是网络安全领域，可用于生成高强度加密密钥，有效防止密钥被预测或破解；其次可作为公共随机性服务平台，为彩票开奖提供公正透明的随机结果；此外还可应用于区块链领域，为智能合约或去中心化应用提供可信的随机数来源，提升系统公平性与安全性。