每秒產生188億個!中國科學家實現世界最快實時量子隨機數發生器

2021年07月04日18:50

  原標題:每秒產生188億個!中國科學家實現世界最快實時量子隨機數發生器

  新華社合肥7月4日電(記者徐海濤)隨機數是一種重要資源,在信息安全、密碼學、科學仿真等眾多領域都有應用需求,但要人工產生大量“真隨機數”卻是個難題。近日,中國科學技術大學教授潘建偉、張軍等人聯合浙江大學儲濤教授研究組,通過研製矽基光子集成芯片和優化處理,實現了速率達18.8Gbps的世界最快實時量子隨機數發生器。

  隨機數在科學研究和日常生活中都有重要應用,比如在信息安全和密碼學等領域,需要第三方完全不知道的隨機數作為安全性的基礎。在遊戲和人工智能等領域,需要使用隨機數來控製系統的演化。在天氣預報、新藥研發、新材料設計等領域,也常需要通過數值模擬進行計算,而數值模擬的關鍵是要有大量隨機數的輸入。

  要人工產生大量“真隨機數”並不容易,很多隨機數發生器其實是基於確定性的算法,產生的是“偽隨機數”。量子力學的出現從根本上改變了這一局面,因為其物理過程具有“內稟隨機性”。量子隨機數發生器具有不可預測性、不可重複性和無偏性等特徵,是量子通信系統中的關鍵核心器件。

  潘建偉、張軍等人長期研究實用化量子隨機數發生器,並取得了多項世界前沿性成果。近期,他們進一步發展了基於真空態漲落的高速量子隨機數產生方案,並完成實驗驗證。同時,他們與浙江大學儲濤等合作,通過多次迭代製備了矽光芯片,並通過進一步優化處理算法和硬件實現,在實現高集成度的同時,大大提升了量子隨機數發生器的實時生成速率。

  經傳輸測試,該量子隨機數發生器的實時生成速率達到創世界紀錄的18.8Gbps,相當於每秒鍾產生188億個隨機數。這個研究成果,為開發低成本的商用量子隨機數發生器單芯片奠定了技術基礎。

  日前,國際知名學術期刊《應用物理快報》以“封面論文”的形式發表了這項研究成果。

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