中國科學技術大學潘建偉院士及其同事張強、南方科技大學研究員范靖云等，分別與英國約克大學教授Roger Colbeck、清華大學教授馬雄峰合作，采用不同理論方法，在國際上首次實現設備無關的量子隨機性擴展，為設備無關量子隨機數的實用化奠定堅實基礎。相關研究成果近日分別發表于《自然—物理學》和《物理評論快報》。
隨機性在人類的生產活動中無處不在，在信息安全、數值模擬、抽樣檢測和公益彩票等領域中有著重要應用。基于量子物理內稟特性產生的量子隨機數，被認為是區別于經典隨機數的一種真正不可預測的隨機性資源。設備無關的量子隨機數安全性僅僅與系統的輸入、輸出相關，而并不依賴于物理設備的質量和可信度。即使在極端條件下，設備本身不可信或受到第三方控制，乃至竊聽者擁有強大的量子計算機，該方案產生的隨機比特仍然具有目前最高等級的安全性。
潘建偉團隊和合作者于2018年首次實驗實現設備無關的量子隨機數產生。但在此實驗方案中，隨機數產生過程中消耗的隨機性遠遠大于產出，隨機數產生的不可持續性，阻礙了其在實際應用中的推廣。針對這一問題，潘建偉團隊和合作者設計并實現了設備無關的量子隨機性擴展。他們與Roger Colbeck合作，在基于熵累積理論的實驗中，約在19.2小時內實現2.57×108比特的隨機性凈增加。英國學者Paul Skrzypczyk認為，該工作“毫無疑問提供了最高質量的隨機數，是量子技術快速發展的一個里程碑”。
同時，他們與馬雄峰團隊合作，在基于量子概率估計方法的實驗中，約在13.1小時內實現1.08×108比特的隨機性凈增加。《物理評論快報》審稿人認為，這是一項“量子隨機數產生、隨機擴展領域中的開創性工作”。(桂運安)
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41567-020-01147-2
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.050503
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