会员登录
科学探索：利用量子力学的不可预测性生成真随机数
打赏
推广
科学探索：利用量子力学的不可预测性生成真随机数
图片来源: CC0 Public Domain
来自英国、德国和俄罗斯的一支研究团队利用量子力学的不可预测性，制造了一部能够生成真随机数的装置。他们在发表于《物理评论快报》的论文中，描述了借助量子理论开发的一种真随机数生成器。
许多年来，计算机科学家一直在寻找一种能够生成真随机数的方法——受限于硬件水平，大多数家用和商用电脑的随机数生成器远达不到“随机”的标准。生成随机数之所以重要，是因为它构成了密码学的基础。在算力足够的前提下，黑客能够破解这些由伪随机数编码的信息。在这项新研究中，研究人员转向量子世界寻求产生真随机数的方法。
与我们所处的自然世界不同，量子世界中存在许多真随机事件，比如光子行为的不可预测性。该项研究中，研究人员发现了一种捕获这种不可预测性并制造真随机数生成器的方法。
一种分束器，1：入射光；2: 50%透射光；3: 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia
该团队制造的装置由一个通用分束器组成，分束器一个输入端为激光，另一输入端则为空（即 零信号）。随后利用两个独立的探测器测量出射光束。（装置）启动后，每个到达分束器的光子被透射或被反射的概率相等，这意味着两个测量结果间的差值是不可预测的。因此，这一差值便是真“随机”的。
随机数生成器结构简图，VATT：可变光学衰减器；PD：光电二极管（用作探测器）；ADC：模数转换器；FPGA：现场可编程门阵列。@论文，DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041048
研究人员又测量了光子在到达分束器之前的状态，从而将工作推进了一步。测量结果证实了由该设备产生的数据的确是随机的。最终，他们得到了一部能够以每秒8.05千兆比特速度生成随机数的设备，且每组数据都证实是实时且随机的。值得一提的是，该设备利用的全部是现有的技术。
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
引进链接：物理学家组织网
引进链接：https://phys.org/news/2021-01-unpredictable-nature-quantum-mechanics-random.html
关注【深圳科普】微信公众号，在对话框：
回复【最新活动】，了解近期科普活动
回复【科普行】，了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】，了解最新科普研学营
回复【科普课堂】，了解最新科普课堂
回复【科普书籍】，了解最新科普书籍
回复【团体定制】，了解最新团体定制活动
回复【科普基地】，了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】，学习观鸟相关科普知识
回复【博物学院】，了解更多博物学院活动详情
图片来源: CC0 Public Domain
来自英国、德国和俄罗斯的一支研究团队利用量子力学的不可预测性，制造了一部能够生成真随机数的装置。他们在发表于《物理评论快报》的论文中，描述了借助量子理论开发的一种真随机数生成器。
许多年来，计算机科学家一直在寻找一种能够生成真随机数的方法——受限于硬件水平，大多数家用和商用电脑的随机数生成器远达不到“随机”的标准。生成随机数之所以重要，是因为它构成了密码学的基础。在算力足够的前提下，黑客能够破解这些由伪随机数编码的信息。在这项新研究中，研究人员转向量子世界寻求产生真随机数的方法。
与我们所处的自然世界不同，量子世界中存在许多真随机事件，比如光子行为的不可预测性。该项研究中，研究人员发现了一种捕获这种不可预测性并制造真随机数生成器的方法。
一种分束器，1：入射光；2: 50%透射光；3: 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia
该团队制造的装置由一个通用分束器组成，分束器一个输入端为激光，另一输入端则为空（即 零信号）。随后利用两个独立的探测器测量出射光束。（装置）启动后，每个到达分束器的光子被透射或被反射的概率相等，这意味着两个测量结果间的差值是不可预测的。因此，这一差值便是真“随机”的。
随机数生成器结构简图，VATT：可变光学衰减器；PD：光电二极管（用作探测器）；ADC：模数转换器；FPGA：现场可编程门阵列。@论文，DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041048
研究人员又测量了光子在到达分束器之前的状态，从而将工作推进了一步。测量结果证实了由该设备产生的数据的确是随机的。最终，他们得到了一部能够以每秒8.05千兆比特速度生成随机数的设备，且每组数据都证实是实时且随机的。值得一提的是，该设备利用的全部是现有的技术。
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
引进链接：物理学家组织网
引进链接：https://phys.org/news/2021-01-unpredictable-nature-quantum-mechanics-random.html
关注【深圳科普】微信公众号，在对话框：
回复【最新活动】，了解近期科普活动
回复【科普行】，了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】，了解最新科普研学营
回复【科普课堂】，了解最新科普课堂
回复【科普书籍】，了解最新科普书籍
回复【团体定制】，了解最新团体定制活动
回复【科普基地】，了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】，学习观鸟相关科普知识
回复【博物学院】，了解更多博物学院活动详情
听说，打赏我的人最后都找到了真爱。
做科普，我们是认真的！
扫描关注深i科普公众号
加入科普活动群
- 参加最新科普活动
- 认识科普小朋友
- 成为科学小记者
