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物理学家首次实现“完美随机性”
物理学家在世界首个实验中使用量子比特实现了“完美随机性”。他们的研究结果可以加强密码学和其他安全系统。
来源:LiveScience苏黎世联邦理工学院的研究人员展示了一种利用纠缠超导量子位产生“完美随机性”的方法。
创建真正的随机性是极其困难的。即使是最复杂的传统随机数生成器也可能带有微小的偏差。虽然在大多数日常使用中这些偏差是无害的，但在密码学中——加密系统的安全性取决于不可预测性——即使是最微妙的模式也可能成为可利用的弱点。
由物理学教授雷纳托·雷纳 (Renato Renner) 和安德烈亚斯·瓦尔拉夫 (Andreas Wallraff) 领导的苏黎世联邦理工学院团队表示，他们已经展示了如何克服这一缺陷，并利用量子物理学创建完美的随机数，他们将这一里程碑描述为第一个经过认证的完美随机性的实现。
量子位的随机行为
传统的随机数生成器通常依赖于光子行为等物理过程，但这些系统仍然可能略有偏差，并表现出偏差，导致某些数字比其他数字更频繁地出现。 ETH 团队的方法利用量子纠缠将随机性推向极限。
该实验围绕两个冷却至接近绝对零温度的超导芯片进行。每个芯片都充当一个量子位，即二进制位的量子等价物。这些芯片通过一根 98 英尺（30 米）长的管子连接，该管子也是过冷的，允许微波光子在它们之间穿梭并产生纠缠——一种“怪异”的量子态，两个粒子可以相互连接，这样测量一个粒子就会立即影响另一个粒子。
通过使量子位相距近 100 英尺，研究人员确保在测量过程中，即使是光速信号也无法在量子位之间传播得足够快而影响结果。用量子物理学的语言来说，这有助于保持纠缠的完整性，并防止不必要的通信破坏随机性。
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（图片来源：Kilian Kessler / 苏黎世联邦理工学院）