中科大团队实现器件无关量子随机数 量子保密通信安全再升级

2018年09月20日 12:29:14 来源: 新华社
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    新华社北京9月20日电(记者董瑞丰) 中国科学技术大学一支团队日前成功实现了器件无关的量子随机数,将在数值模拟、密码学等领域广泛应用,并有望形成新的随机数国际标准。相关研究成果于北京时间20日由国际权威学术期刊《自然》在线发表。

    中科大教授潘建伟及其同事张强、范靖云、马雄峰等与中科院上海微系统与信息技术研究所、日本NTT基础科学实验室合作,利用量子纠缠的内禀随机性,在国际上首次实现器件无关的量子随机数。这是目前安全性最高的随机数产生装置。

    随机数在科学研究和日常生活中都有着重要应用。例如,天气预报、新药研制、材料设计、工业设计和核武器研制等领域,常常需要通过数值模拟进行计算,关键就是要有大量随机数输入;游戏、人工智能等领域,需要使用随机数来控制系统演化;在通信安全、现代密码学等领域,则需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。

    根据量子力学,科学家可以制造出真正的随机数产生器,即使采用恶意第三方制造的组件,或者使用计算能力超强的量子计算机,也无法预测或获知它所产生的随机数。目前国际上纷纷开展这种随机数产生器的研制工作。

    潘建伟介绍,其团队的这一成果是在此前技术基础上,优化了纠缠光子收集、传输、调制等效率,并采用上海微系统所开发的高效率超导单光子探测器件,实现了高性能纠缠光源的高效制备;通过设计快速调制并进行合适的空间分隔设计,满足了器件无关的量子随机数产生装置所需的类空间隔要求。

    “无论经典密码学还是量子保密通信,都需要真正的随机数作为保障。”潘建伟说,在现有的量子保密通信系统中,如果采用自己制备的或者可信制造商制备的量子随机数产生器,其安全性可以得到保障。但如果不小心采用了恶意第三方制造的器件,可能会发生随机数泄漏。新的成果确保即使是使用不信任第三方的器件,也可以产生真随机数并且不会泄漏,从而确保通信安全。

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