中科大研究探索新量子隨機數(shù)協(xié)議 全面地提升安全性與實用性

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊的韓正甫教授及其合作者提出了一種新型的半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器協(xié)議，并進(jìn)行了相關(guān)的實驗驗證。即使在光源不可信條件下，該協(xié)議也無需對探測設(shè)備進(jìn)行表征，僅需使用日常光源即可快速生成安全的量子隨機數(shù)。該協(xié)議全面地提升了量子隨機數(shù)發(fā)生器的安全性與實用性，為半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器的實用化奠定了堅實基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于著名國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。

量子隨機數(shù)發(fā)生器基于量子物理原理產(chǎn)生具有內(nèi)稟隨機性的真隨機數(shù)，為科學(xué)仿真、密碼學(xué)等領(lǐng)域提供了極大的助力。然而，現(xiàn)實中的量子隨機數(shù)發(fā)生器可能具有的非理想性會破壞隨機數(shù)的不可預(yù)測性和私密性。雖然“完全設(shè)備無關(guān)型量子隨機數(shù)發(fā)生器”可以容忍這些非理想性，但其由于協(xié)議實現(xiàn)困難、隨機數(shù)產(chǎn)生速率低、成本高昂，距離實用化仍有很遠(yuǎn)的距離。

“半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器”對部分組件的要求大大放寬，提供了一種實際可行的安全實現(xiàn)方案，因而受到廣泛關(guān)注。但因為已有的半設(shè)備無關(guān)方案忽略了一些關(guān)鍵因素對其性能的影響，限制了其在現(xiàn)實條件下的應(yīng)用。

針對這一問題，韓正甫課題組開展了深入的研究。課題組基于平滑熵的不確定關(guān)系和量子剩余哈希定理，提出了一種不需要對測量設(shè)備進(jìn)行表征的新型半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器協(xié)議，并證明了該協(xié)議在源端不可信和探測端無表征條件下的安全性。同時，該課題組還使用鹵素?zé)暨@一日常光源和激光器完成了驗證實驗。經(jīng)驗證，該隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機數(shù)速率與目前商用隨機數(shù)發(fā)生器相當(dāng)，但安全性顯著優(yōu)于后者。

此次研究在保證隨機數(shù)快速生成和系統(tǒng)簡潔實用的同時，大幅降低了對設(shè)備可信度和刻畫表征的要求，對于突破高性能、高安全量子隨機數(shù)發(fā)生器的研究瓶頸具有重要推動作用。 (記者吳長鋒)

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