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中科大驗證使用普通光源快速生成安全的量子隨機數(shù)

來源：時間：2022-08-15 11:38:59 瀏覽：1945次

    記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊韓正甫教授及其合作者提出了一種新型的半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器協(xié)議并進行了實驗驗證。該協(xié)議即使在光源不可信條件下，也無需對探測設(shè)備進行表征，使用日常的普通光源即可快速生成安全的量子隨機數(shù)。全面提升了量子隨機數(shù)發(fā)生器的安全性與實用性，為半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器的實用化奠定了堅實基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于著名國際學術(shù)期刊《物理評論快報》上。

    隨機數(shù)是信息時代的一種重要基礎(chǔ)資源。量子隨機數(shù)發(fā)生器基于量子物理原理產(chǎn)生具有內(nèi)稟隨機性的真隨機數(shù)，為科學仿真、密碼學等領(lǐng)域提供了極大的助力，量子隨機數(shù)發(fā)生器更是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)實中的量子隨機數(shù)發(fā)生器可能具有的非理想性會破壞隨機數(shù)的不可預(yù)測性和私密性。雖然完全設(shè)備無關(guān)型量子隨機數(shù)發(fā)生器可以容忍這些非理想性，但其協(xié)議實現(xiàn)困難，隨機數(shù)產(chǎn)生速率低，成本高昂，距離實用化仍有很遠的距離。

    半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器對部分組件的要求大大放寬，提供了一種實際可行的安全實現(xiàn)方案，因而受到廣泛關(guān)注。但因為已有的半設(shè)備無關(guān)方案忽略了一些關(guān)鍵因素對其性能的影響，限制了其在現(xiàn)實條件下的應(yīng)用。

    針對這一問題，韓正甫課題組開了深入的研究。課題組基于平滑熵的不確定關(guān)系和量子剩余哈希定理，提出了一種不需要對測量設(shè)備進行表征的新型半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器協(xié)議，并證明了該協(xié)議在源端不可信和探測端無表征條件下的安全性。同時，使用鹵素燈這一日常光源和激光器完成了驗證實驗，產(chǎn)生的隨機數(shù)速率與目前商用隨機數(shù)發(fā)生器相當，但安全性顯著優(yōu)于后者。

    該成果在保證隨機數(shù)快速生成和系統(tǒng)簡潔實用的同時，大幅地降低了對設(shè)備可信度和刻畫表征的要求，其思想和實現(xiàn)方案對突破高性能、高安全量子隨機數(shù)發(fā)生器的研究瓶頸具有重要推動作用。