有史以来最快的量子随机数发生器

光子盒研究院出品

1月15日，一个国际研究小组开发了一种快速、低成本的量子随机数发生器(QRNG)。这个装置由俄罗斯国立科技大学(NUST MISiS)、俄罗斯量子中心、牛津大学、伦敦大学金史密斯学院和柏林自由大学共同制造，每秒8.05 Gb的速度产生随机性，使其成为有史以来最快的随机数发生器。这项发表在《物理评论X》的研究是开发用于密码学和复杂系统建模的商业随机数生成器的一个有前途的起点。

NUST MISiS的量子随机数发生器

随机数生成(RNG)在加密中有多种应用，包括密码学、数值模拟、赌博和游戏开发。随机数作为加密密钥的核心，用于保护加密操作不被破坏。RNG还可以提高人工智能系统的性能。

尽管计算机生成的数字看起来可能是随机的，但是真正的随机是极难实现的。在基于软件的算法中实现的随机数生成器产生看似随机，其实是确定的数字序列，这带来了许多信息安全漏洞。

为了寻找真正的随机性，科学家转向了量子力学。由于随机性是量子过程的基本属性，量子事件可以用来产生真正的随机数。在他们的实验中，研究人员利用光子固有的不可预测性来产生随机性。他们创造了一种内置认证协议的光学发生器，以确保数字生成过程的随机性。

“量子事件允许产生基于潜在物理过程的随机性数字。基于量子的随机数发生器可以有非常广泛的应用，”NUST MISiS量子通信理论实验室、俄罗斯量子中心研究小组的负责人Alex Fedorov说。

Alex Fedorov

在他们的实验中，研究人员将来自“不可信”光源的光送入分束器的一个输入端，而另一个输入端是真空。然后，使用两个独立的光学探测器测量随后的输出光束对。由于撞击分束器的每个光子被反射或透射的几率相等，因此我们无法预测每个探测器记录的光子数量之间的差异，这就是一个真正的随机数。

为了证实这种装置产生的随机性是可靠的，研究人员进行了另一项测量，以确保光信号包含足够数量的光子。如果光子的数量不足，可能发生的不可预测事件的数量将太少，从而无法确认所获得的随机性为真。如果光子输入过高，两个探测器将达到其最大值，导致测量完全可预测。

新的RNG以每秒8.05 Gb的速度生成随机数，使其成为有史以来最快的复合安全量子随机数生成器，并提供实时随机性认证。据研究人员称，该设备比现有的RNG原型快得多。包含实时随机性认证和使用现成组件来构建生成器，使得该技术适用于具有相当广泛应用的商业RNG。

这种实用性，加上高性能、高速度和高可靠性，使其适合于密码学、计算机研究、统计学、科学研究等领域。去年，三星推出了第一款带有量子随机数发生器的智能手机。这表明全球科技市场对RNG技术的需求日益增长。

原文链接：

https://en.misis.ru/university/news/science/2021-01/7190/

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