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科學探索：利用量子力學的不可預測性生成真隨機數
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科學探索：利用量子力學的不可預測性生成真隨機數
圖片來源: CC0 Public Domain
來自英國、德國和俄羅斯的一支研究團隊利用量子力學的不可預測性，製造了一部能夠生成真隨機數的裝置。他們在發表於《物理評論快報》的論文中，描述了借助量子理論開發的一種真隨機數生成器。
許多年來，計算機科學家一直在尋找一種能夠生成真隨機數的方法——受限於硬件水平，大多數家用和商用電腦的隨機數生成器遠達不到“隨機”的標準。生成隨機數之所以重要，是因為它構成了密碼學的基礎。在算力足夠的前提下，黑客能夠破解這些由偽隨機數編碼的信息。在這項新研究中，研究人員轉向量子世界尋求產生真隨機數的方法。
與我們所處的自然世界不同，量子世界中存在許多真隨機事件，比如光子行為的不可預測性。該項研究中，研究人員發現了一種捕獲這種不可預測性並製造真隨機數生成器的方法。
一種分束器，1：入射光；2: 50%透射光；3: 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia
該團隊製造的裝置由一個通用分束器組成，分束器一個輸入端為激光，另一輸入端則為空（即 零信號）。隨後利用兩個獨立的探測器測量出射光束。（裝置）啟動後，每個到達分束器的光子被透射或被反射的概率相等，這意味著兩個測量結果間的差值是不可預測的。因此，這一差值便是真“隨機”的。
隨機數生成器結構簡圖，VATT：可變光學衰減器；PD：光電二極管（用作探測器）；ADC：模數轉換器；FPGA：現場可編程門陣列。@論文，DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041048
研究人員又測量了光子在到達分束器之前的狀態，從而將工作推進了一步。測量結果證實了由該設備產生的數據的確是隨機的。最終，他們得到了一部能夠以每秒8.05千兆比特速度生成隨機數的設備，且每組數據都證實是實時且隨機的。值得一提的是，該設備利用的全部是現有的技術。
翻譯：張宇哲
審校：董子晨曦
引進鏈接：物理學家組織網
引進鏈接：https://phys.org/news/2021-01-unpredictable-nature-quantum-mechanics-random.html
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許多年來，計算機科學家一直在尋找一種能夠生成真隨機數的方法——受限於硬件水平，大多數家用和商用電腦的隨機數生成器遠達不到“隨機”的標準。生成隨機數之所以重要，是因為它構成了密碼學的基礎。在算力足夠的前提下，黑客能夠破解這些由偽隨機數編碼的信息。在這項新研究中，研究人員轉向量子世界尋求產生真隨機數的方法。
與我們所處的自然世界不同，量子世界中存在許多真隨機事件，比如光子行為的不可預測性。該項研究中，研究人員發現了一種捕獲這種不可預測性並製造真隨機數生成器的方法。
一種分束器，1：入射光；2: 50%透射光；3: 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia
該團隊製造的裝置由一個通用分束器組成，分束器一個輸入端為激光，另一輸入端則為空（即 零信號）。隨後利用兩個獨立的探測器測量出射光束。（裝置）啟動後，每個到達分束器的光子被透射或被反射的概率相等，這意味著兩個測量結果間的差值是不可預測的。因此，這一差值便是真“隨機”的。
隨機數生成器結構簡圖，VATT：可變光學衰減器；PD：光電二極管（用作探測器）；ADC：模數轉換器；FPGA：現場可編程門陣列。@論文，DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041048
研究人員又測量了光子在到達分束器之前的狀態，從而將工作推進了一步。測量結果證實了由該設備產生的數據的確是隨機的。最終，他們得到了一部能夠以每秒8.05千兆比特速度生成隨機數的設備，且每組數據都證實是實時且隨機的。值得一提的是，該設備利用的全部是現有的技術。
翻譯：張宇哲
審校：董子晨曦
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