近日由NUST MISIS、俄羅斯量子中心、牛津大學、金史密斯大學、倫敦大學和柏林自由大學的科學家開發(fā)的量子隨機數(shù)發(fā)生器能夠8.05GB/秒的速率產(chǎn)生隨機數(shù)，這使其成為同類中最快的隨機數(shù)發(fā)生器。
該研究成果有望成為開發(fā)密碼學和復(fù)雜系統(tǒng)建模的商業(yè)隨機數(shù)發(fā)生器的起點。
利用光子的不可預(yù)測行為產(chǎn)生隨機性
隨機數(shù)生成（RNG）用于眾多加密應(yīng)用中，包括密碼學、數(shù)值模擬、賭博和游戲開發(fā)。隨機數(shù)是強健而唯一的加密密鑰的核心，這些密鑰用于保護加密操作免遭破壞。RNG還可以增強人工智能系統(tǒng)的性能。
眾所周知，計算機難以生成真正的隨機數(shù)，基于軟件的算法實現(xiàn)的隨機數(shù)生成器會產(chǎn)生看上去隨機但確定性的數(shù)字序列，這帶來了許多信息安全漏洞。
為了尋找真正的隨機性，科學家們轉(zhuǎn)向了量子力學。由于隨機性是量子過程的基本屬性，因此可以利用量子事件生成真正的隨機數(shù)。
在實驗中，研究人員利用光子固有的不可預(yù)測的行為來產(chǎn)生隨機性。他們創(chuàng)建了帶有內(nèi)置認證協(xié)議的光發(fā)生器，以確保數(shù)字生成過程的隨機性。
“量子事件允許生成數(shù)字，這些數(shù)字的隨機性是根據(jù)基礎(chǔ)物理過程確定的?；诹孔拥碾S機數(shù)發(fā)生器可以有非常廣泛的應(yīng)用。”俄羅斯量子中心研究小組負責人，NUST MISIS量子通信理論實驗室負責人Alex Fedorov指出。
在他們的實驗中，研究人員將來自“不受信任”光源的光發(fā)送到分束器的一個輸入端，而另一個輸入端是真空。然后使用兩個單獨的光學檢測器測量一對輸出光束。
由于撞擊分束器的每個光子都有相等的機會被反射或透射，因此無法預(yù)測每個檢測器記錄的光子數(shù)量之間的差異。這是一個真正的隨機數(shù)。
確認隨機性是可靠的
為了確認設(shè)備產(chǎn)生的隨機性是可靠的，研究人員進行了另一項測量，以確保光信號包含足夠數(shù)量的光子。
如果光子數(shù)量不足，則可能發(fā)生的不可預(yù)測事件的數(shù)量將太少而無法確認所獲得的隨機性為真。如果光子輸入數(shù)值太高，則兩個檢測器都將達到其最大值，從而使測量完全可預(yù)測。
新的RNG以8.05GB/秒的速率生成隨機數(shù)，這使其成為有史以來最快的可安全組合的量子隨機數(shù)生成器，并提供實時隨機性認證。據(jù)研究人員稱，該設(shè)備的速度明顯快于現(xiàn)有的原型。
包括實時隨機性認證和使用現(xiàn)成的組件來構(gòu)建生成器，使得該技術(shù)適用于具有相當廣泛應(yīng)用的商業(yè)RNG。這種實用性水平，再加上高性能、高可靠性，使其適用于密碼學、計算機研究、統(tǒng)計、科學研究等領(lǐng)域。
