苏黎世联邦理工学院利用量子纠缠技术，成功制造出物理学认证的“绝对随机数”，彻底解决了传统发生器的偏差问题，为数字安全树立了新标准。
制造完美的随机性远比想象中困难。在现实生活中，即便是一枚打磨得再精细的硬币或骰子，在投掷时某一面朝上的概率总会比其他面稍微高那么一点点。对于大多数日常应用来说，这种微小的系统性偏差或许无关紧要，但在加密领域，即便最细微的偏离也可能导致严重的安全隐患。
为了寻找真正的随机，苏黎世联邦理工学院物理系的Renato Renner和Andreas Wallraff领导的研究团队，在量子物理领域取得了一项里程碑式的突破。他们的研究成果已发表在Nature杂志上，展示了如何利用量子特性来创造“绝对完美”且经过认证的随机数。
传统随机数发生器，哪怕是那些基于光子反射等量子力学效应的设备，也无法完全避免系统性的偏差。苏黎世联邦理工学院的科学家们则开发了一种名为“随机性放大”的方法，能够从不完美的随机性中提取出完美的随机数。
这一实验的装置极为精密。研究人员使用了两个超导量子芯片，并将它们冷却到接近绝对零度的极低温度。每个芯片代表一个量子比特，可以处于0或1的叠加态。连接这两个芯片的是一根长达30米、同样经过冷却的管道。微波光子在管道中来回穿梭，使两个芯片之间产生了量子纠缠。这种纠缠意味着，对其中一个量子比特的测量会瞬间影响到远处的另一个。
30米的距离是该实验成功的关键。由于两者相距较远，在进行测量的极短时间内，即便以光速也无法完成任何信息的交换。这有效排除了外部干扰，确保了测量的纯粹性。在这个过程中，研究人员先是利用一个并不完美的随机数发生器来选择测量设置，然后通过特定的算法对测量结果进行“放大”。
Renato Renner解释说，这种技术上的改进让他们第一次制造出了可以被物理认证的随机数。这些由0和1组成的序列是真正完美的，且这种完美性将永远保持下去，无论未来出现多么先进的分析方法都无法破解其中的规律。
从长远来看，这项技术在数字安全领域的地位将类似于原子钟之于计时标准。一个物理认证的随机源是许多系统的基石，其应用范围非常广泛，包括敏感通信的加密、数字身份的保护、甚至是彩票系统和区块链应用。随着量子通信时代的到来，加密系统的安全性将直接取决于其背后随机数的质量：随机性越完美，加密就越牢固。通过这项研究，科学家们成功将完美的随机性从数学理论带进了现实世界。
本文译自 interesting engineering，由 BALI 编辑发布。