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每秒產(chǎn)生188億個!中國科學(xué)家實現(xiàn)世界最快實時量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

2021年7月5日 09:25  新華社  作 者:徐海濤

隨機(jī)數(shù)是一種重要資源,在信息安全、密碼學(xué)、科學(xué)仿真等眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用需求,但要人工產(chǎn)生大量“真隨機(jī)數(shù)”卻是個難題。近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、張軍等人聯(lián)合浙江大學(xué)儲濤教授研究組,通過研制硅基光子集成芯片和優(yōu)化處理,實現(xiàn)了速率達(dá)18.8Gbps的世界最快實時量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。

隨機(jī)數(shù)在科學(xué)研究和日常生活中都有重要應(yīng)用,比如在信息安全和密碼學(xué)等領(lǐng)域,需要第三方完全不知道的隨機(jī)數(shù)作為安全性的基礎(chǔ)。在游戲和人工智能等領(lǐng)域,需要使用隨機(jī)數(shù)來控制系統(tǒng)的演化。在天氣預(yù)報、新藥研發(fā)、新材料設(shè)計等領(lǐng)域,也常需要通過數(shù)值模擬進(jìn)行計算,而數(shù)值模擬的關(guān)鍵是要有大量隨機(jī)數(shù)的輸入。

要人工產(chǎn)生大量“真隨機(jī)數(shù)”并不容易,很多隨機(jī)數(shù)發(fā)生器其實是基于確定性的算法,產(chǎn)生的是“偽隨機(jī)數(shù)”。量子力學(xué)的出現(xiàn)從根本上改變了這一局面,因為其物理過程具有“內(nèi)稟隨機(jī)性”。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器具有不可預(yù)測性、不可重復(fù)性和無偏性等特征,是量子通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心器件。

潘建偉、張軍等人長期研究實用化量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,并取得了多項世界前沿性成果。近期,他們進(jìn)一步發(fā)展了基于真空態(tài)漲落的高速量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方案,并完成實驗驗證。同時,他們與浙江大學(xué)儲濤等合作,通過多次迭代制備了硅光芯片,并通過進(jìn)一步優(yōu)化處理算法和硬件實現(xiàn),在實現(xiàn)高集成度的同時,大大提升了量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實時生成速率。

經(jīng)傳輸測試,該量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實時生成速率達(dá)到創(chuàng)世界紀(jì)錄的18.8Gbps,相當(dāng)于每秒鐘產(chǎn)生188億個隨機(jī)數(shù)。這個研究成果,為開發(fā)低成本的商用量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器單芯片奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

日前,國際知名學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理快報》以“封面論文”的形式發(fā)表了這項研究成果。

編 輯:章芳
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