苏黎世联邦理工学院首次实现可认证"完美随机性",30 米量子纠缠链路突破贝尔测试瓶颈

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)量子信息理论组 Renato Renner 与实验物理组 Andreas Wallraff 领衔的团队在《自然》杂志发表论文,报告史上首次通过物理实验产生并严格认证了"完美随机性"——即可被证明在任何分析方法下永远保持随机、无法被预测的比特序列。实验装置由两块超导量子芯片组成,通过一根长达 30 米、冷却至接近绝对零度的低温管道相连,两芯片借助来回传递的微波光子形成量子纠缠;30 米的物理间距确保了在测量过程中,即便以光速传播,信息也无法在两端之间交换,从而满足贝尔不等式测试对"定域性"的严格要求。研究团队将一个有瑕疵的随机数生成器所产生的初始随机性输入贝尔测试,再通过专门设计的算法对测量结果进行"随机性放大",最终输出可被数学认证的完美随机序列。Renner 将这一突破比喻为"翻越山脊"——技术改进让团队首次站上了此前在理论上存在、但实验上始终无法触达的临界点。

此前基于散粒噪声、雪崩二极管等量子物理现象的随机数发生器虽已广泛用于密码学,但均无法在数学上排除极微小的系统性偏差或潜在后门,只能做到"实用随机"而非"经认证的完美随机"。研究团队表示,该成果的长期意义在于,可能为数字安全领域提供类似原子钟之于计时的基础设施角色——一个物理认证的、可供其他系统信任的随机性来源,潜在应用涵盖敏感通信加密、数字身份、公开随机性服务(如彩票及区块链应用)等场景。

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