量子计算机首次利用"纠缠量子比特"(一种特殊的量子状态)生成完全无法预测的随机数字。这展示了量子计算机拥有连最强超级计算机都做不到的独特能力。
美英科学家团队利用Quantinuum公司56量子比特的计算机,改造了原本用于证明"量子优越性"的实验设备,打造出一台完美的"上帝骰子机"。它产生的随机数字即使用尽所有物理知识也无法预测。
随着网络安全威胁日益严重,这种量子技术对保障通信安全至关重要。
这是量子计算走向实际应用的关键突破。
几年前,德州大学奥斯汀分校的Scott Aaronson提出过一种新方法:通过量子电路采样产生可验证的随机数。这种方法能测试设备在最小化传统计算干扰的情况下,最大限度发挥量子特性的能力。
Aaronson教授说:2018年我提出这个随机数验证方案时,没想到这么快就能看到实验成果。这次在原有方案基础上实现突破,是量子计算机为加密应用生成可靠随机数的第一步。
我们平时掷骰子、抽牌或随口说个数字,其实都受到各种物理规律影响,就像钟摆摆动一样有迹可循。就连熔岩灯里蜡液流动这种看似混乱的现象,本质上也是由热力学规律决定的。
这些看似复杂的现象其实都遵循既定物理规律,只要有足够强大的计算机就能找出规律。但当我们想要无法破解的密码,或者希望游戏角色属性完全随机时,这种可预测性就成了问题。
量子世界的运行规则完全不同——它自带"随机数生成器"来决定粒子行为。就目前所知,这种随机性背后不存在任何隐藏规律能让超级计算机钻空子。
研究团队让56个"量子骰子"协同工作,采用Aaronson教授的方案来减少传统物理干扰,迫使量子计算机完成一系列需要真正随机选择的任务。
为验证结果的随机性,研究人员用标准测试方法在多台超级计算机上进行检验,将量子计算机的结果与理论上的理想随机数据对比。
这些验证用的超级计算机合计运算能力达到每秒110亿亿次,测试结果明确显示:这些数字确实达到了真正随机性的标准。这意味着即便未来出现更先进的计算机,也不可能破解这种随机性。
虽然利用量子特性产生随机数并非新概念,但通过联网使用Quantinuum最新升级的H2量子计算机,研究团队证明这种"终极随机数生成"技术很快就能普及。
这次实验不仅证明了我们离子阱技术的卓越性能,更为金融、制造等领域提供了量子级的安全保障和高级模拟新标准。
这项研究发表在《自然》杂志上。
网友:
1、量子计算太难读了。这玩意儿还处于石器时代,每一篇文章都在大肆宣传它,好像它即将成为新的计算标准。要实现普及可能还需要几十年的时间。
2、有一段时间我以为是基于量子的随机数生成器?例如,基于电子二极管中的散粒噪声。或者你可以使用放射性同位素的衰变(例如盖革计数器的噪声间隔)。认证方面是这里的新颖之处吗?
用量子物理自带的随机性来产生随机数,这个想法其实早就有了。但这次不一样的是,研究团队直接通过联网使用Quantinuum公司最新升级的H2型号量子计算机来做这件事。这就相当于告诉大家:这种‘终极抽奖’式的完美随机数生成,马上就要变成全世界谁都能玩的黑科技了。
3、这个问题既涉及物理学,又涉及哲学,对吧?在我们熟悉的牛顿和爱因斯坦描述的物理世界里,发生的每件事是不是都注定好了?如果是这样,那在量子世界里发生的事情就真的无法预测吗?
不过说实在的,对我们日常加密来说,这个问题根本不重要。就算骰子结果是注定的,也没有黑客能搞清楚所有影响因素来预测结果。对我们来说,这就是真正的随机。上帝当然知道你的密码,但他可不需要像黑客那样去破解你的密钥。
4、任何量子测量本质上都是随机的。人们已经知道它 100 年了。