量子计算机生成真正的随机数

快速阅读: 据《科学警报》最新报道，美国和英国研究人员利用量子实验装置，首次通过量子计算机生成经认证的真正随机数字，展示出超越经典计算的能力。此成果推动量子计算机在加密等领域的实际应用，为量子安全设定新标准，相关研究发表于《自然》杂志。

首次实现：一台量子计算机借助纠缠量子比特生成了首个经认证的真正随机数字，展现了连最强大的超级计算机在物理层面上都无法实现的功能。来自美国和英国的研究人员重新利用了现有的量子霸权实验装置，在量子公司Quantinuum的56量子比特计算机上完成了“掷上帝骰子”的任务。这枚数字如此随机，以至于没有任何物理定律能够预测它的产生。

此前，德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家斯科特·阿罗诺夫和施汉·洪提出了基于随机电路采样的认证随机位生成方法。“2018年我首次提出认证随机协议时，没想过要等多久才能看到其实验演示，”阿罗诺夫说，“在此基础上实现它，是迈向使用量子计算机为实际加密应用生成认证随机位的重要一步。”

当我们掷骰子、抽牌或随机选数时，看似无序的行为却由无数规则组合决定，每条规则都如钟摆摆动般可靠且可预测。即使熔岩灯墙上的蜡油漩涡这类混沌现象，理论上也受热力学规律支配。尽管规则网络看似复杂，但每个规则都由物理规律预先决定了唯一结果，这让足够聪明的计算机有机会找到模式。这种现象并非你期待的，当你希望加密坚不可摧，或角色扮演游戏中的半精灵圣骑士拥有真正的随机魅力值时。

量子物理遵循另一套规则，其中内置了一个随机数生成器来决定粒子属性。据我们所知，附近没有可供超级计算机巧妙利用的隐藏变量。通过将56个“量子骰子”的命运交织，并采用阿罗诺夫和洪的方法减少经典物理干扰，研究团队迫使Quantinuum设备解决了一系列依赖其随机选择过程的问题。

为确保最终结果达到充分随机的标准，研究人员使用标准化的基准协议在多台超级计算机上验证了结果，该协议对比了量子服务器与理论理想的结果。这些超级计算机的综合性能超过每秒一百万亿次操作（1.1百亿亿次浮点运算），轻松超越真正随机性的基准。

这一成果证明，即便是一组先进的银行超级计算机也无法找到并破解解决方案中的任何漏洞，只要时间足够。虽然利用量子不确定性生成随机位本身并不新鲜，但通过访问Quantinuum最近升级的System Model H2量子计算机并通过互联网完成任务，团队展示了“猜一个数字”的终极游戏即将成为全球几乎所有人都可参与的活动。

“我们对认证量子随机性的应用不仅体现了我们囚禁离子技术的卓越性能，”Quantinuum总裁兼首席执行官、计算机科学家拉杰布·哈扎拉说，“还为金融、制造等领域及其他行业的稳健量子安全应用和高级模拟设定了新标准。”这项研究已发表于《自然》杂志。

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