每秒產生188億個!中國科學家實現世界最快即時量子亂數發生器

新華社合肥7月4日電(記者徐海濤)亂數是一種重要資源，在資訊安全、密碼學、科學模擬等眾多領域都有應用需求，但要人工產生大量"真亂數"卻是個難題。近日，中國科學技術大學教授潘建偉、張軍等人聯合浙江大學儲濤教授研究組，通過研製矽基光子集成晶片和優化處理，實現了速率達18.8Gbps的世界最快即時量子亂數發生器。

亂數在科學研究和日常生活中都有重要應用，比如在資訊安全和密碼學等領域，需要協力廠商完全不知道的亂數作為安全性的基礎。在遊戲和人工智慧等領域，需要使用亂數來控制系統的演化。在天氣預報、新藥研發、新材料設計等領域，也常需要通過數值類比進行計算，而數值模擬的關鍵是要有大量亂數的輸入。

要人工產生大量"真亂數"並不容易，很多亂數發生器其實是基於確定性的演算法，產生的是"偽亂數"。量子力學的出現從根本上改變了這一局面，因為其物理過程具有"內稟隨機性"。量子亂數發生器具有不可預測性、不可重複性和無偏性等特徵，是量子通信系統中的關鍵核心器件。

潘建偉、張軍等人長期研究實用化量子亂數發生器，並取得了多項世界前沿性成果。近期，他們進一步發展了基於真空態漲落的高速量子亂數產生方案，並完成實驗驗證。同時，他們與浙江大學儲濤等合作，通過多次反覆運算製備了矽光晶片，並通過進一步優化處理演算法和硬體實現，在實現高集成度的同時，大大提升了量子亂數發生器的即時生成速率。

經傳輸測試，該量子亂數發生器的即時生成速率達到創世界紀錄的18.8Gbps，相當於每秒鐘產生188億個亂數。這個研究成果，為開發低成本的商用量子亂數發生器單晶片奠定了技術基礎。

日前，國際知名學術期刊《應用物理快報》以"封面論文"的形式發表了這項研究成果。