「器件无关量子随机数」国家标准获批“推荐性立项”

光子盒研究院出品

近日，国家标准化管理委员会下达2023年第一批推荐性国家标准计划，其中，《器件无关量子随机数产生器通用要求》（计划号：20230192-T-469）首次获批国家标准项目立项。

该标准由全国量子计算与测量标准化技术委员会归口，济南量子技术研究院牵头，国科量子通信网络有限公司、山东国科量子通信网络有限公司、中国科学技术大学、清华大学、上海交通大学、南方科技大学、解放军信息工程大学、中国计量科学研究院、中国科学院软件研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、科大国盾量子技术股份有限公司参与。

随机数在科学研究和日常生活中有着重要而广泛的应用。
现代的随机数产生设备通常是基于软件算法或者基于热噪声的随机数产生器。器件无关量子随机数生成器是一种基于量子物理的技术，可以生成真正的随机数，这些随机数不受任何外部干扰或偏差的影响。这种生成器可以用于安全通信、密码学和其它需要高度随机性的应用。
器件无关量子随机数生成器的基本原理利用了量子物理的不确定性，例如，测量一个单个光子的极化或相位。由于这些量子物理效应是完全随机的，因此它们可以用来生成真正的随机数。由于这些量子效应是基于物理过程的，所以这种随机数是完全随机的，并且是不可预测的。
这种生成器的另一个重要特点是它是器件无关的，这意味着生成器的安全性不受硬件实现的影响。器件无关性是通过使用公认的标准协议来保证的，而这些协议已被证明是安全的，因此，即使生成器的实现细节被泄露或者攻击者试图干扰生成器的输出，它仍然可以保持其随机性。 

目前，国际许多顶尖实验室均开展了器件无关量子随机数的相关工作。
比利时科学家于2010年基于离子体系进行了器件无关随机数产生器的实验尝试，在假设系统不存在效率漏洞的条件下可以产生随机数；2013年，美国UIUC的实验室提升了光学系统的效率，在假设测量间不会发生通信的条件下，同时假设窃听者对每个信号脉冲进行相似操作的要求下，在光学体系中产生了器件无关的随机数；2015年，荷兰、奥地利、美国的实验室分别实现了无漏洞贝尔不等式实验，使得实现器件无关的随机数产生成为可能。
此后，器件无关量子随机数取得了迅速的进展。
2018年，中国科学技术大学与美国国家标准局同时首次完成了器件无关的量子随机数产生的实验工作。其中美国国家标准局的实验可防御经典侧信道攻击，中国科学技术大学的实验进一步可防御经典与量子侧信道攻击。
2021年初，中国科学技术大学及美国国家标准局分别实现器件无关的量子随机性扩展，验证了实验中产出的随机性可大于所消耗的随机性。

在标准方面，国际电信联盟（ITU-T）下设FG-QIT4N量子信息焦点组中开展有相关的预研工作，相关国际标准尚属空白。
当前，我国经典随机数产生器的相关标准已发展成熟，而器件无关量子随机数产生器的相关国家标准处于空白，易出现器件无关性设计原则难以准确把握、验收质量要求不明确、相关产品难以正确使用并获得预期收益等问题。
2021年，济南量子技术研究院作为主要起草单位参与编制的国内首个量子随机数相关行业标准——《基于BB84协议的量子密钥分发（QKD）用关键器件和模块 第3部分：量子随机数发生器（QRNG）》（YD/T 3907.3-2021）正式发布。
同年10月，与中国科大合作研发出基于器件无关量子随机数产生器的信标服务平台，并启动试运行。
2021年年底，国际电信联盟量子信息技术焦点组发布《面向网络的量子信息技术应用案例》研究报告，其中有关器件无关量子随机数用例编写由济南量子技术研究院承担，为该领域国际标准化工作奠定基础。
此次获批的《器件无关量子随机数产生器通用要求》将提出器件无关量子随机数产生器通用性要求，明确术语定义、结构组成，规范功能要求和性能检验方法，对产品生产及使用提供指导，促进该领域产业化应用的高质量发展。 

本次标准的归口单位TC578（全国量子计算与测量标准化技术委员会），由国家标准化管理委员会领导，负责全国量子计算与测量领域标准化技术归口工作。自成立以来，TC578在标准制修订、能力建设等工作上均一定成果，为我国量子计算与测量技术标准化工作做出了重要贡献。

国家标准化管理委员会近期印发《2023年全国标准化工作要点》时，提出“加强新兴技术领域标准研制，加快科技成果转化步伐”。量子科技作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，其标准化工作一直是国内外关注的焦点，也是行业大规模应用推广的必要条件。 从2020年到现在，由全国量子计算与测量标准化技术委员会归口的量子相关国标计划共九个（均是国家推荐性立项计划）：
-《量子计算 术语和定义》正在批准中；-《精密光频测量中光学频率梳性能参数测试方法》-《量子测量术语》-《单光子源性能表征及测量方法》-《原子重力仪性能要求和测试方法》-《光钟性能表征及测量方法》正在征求意见中；-《量子精密测量中里德堡原子制备方法》正在征求意见中；-《基于氮—空位色心的微弱静磁场成像测量方法》正在起草中；-《器件无关量子随机数产生器通用要求》正在起草中。
 未来，在国家标准化管理委员会等有关部门的指导组织下，在量子研究相关单位的参与下，中国量子信息技术的标准化体系将不断完善，促进量子信息技术进一步发展。
参考链接：[1]https://std.samr.gov.cn/gb/search/gbDetailed?id=F77AFB62AF85406CE05397BE0A0A57C1[2]https://std.samr.gov.cn/search/orgDetailView?tcCode=TC578[3]https://std.samr.gov.cn/gfs/search/gfsDetailed?id=F7EFE25A5E3524CBE05397BE0A0A821D[4]http://www.ctiforum.com/news/guonei/611271.html

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