苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员日前宣布，他们首次实现了可认证的“完美随机数”生成。这一成果通过量子贝尔测试（Bell test）装置完成，两个纠缠的超导量子比特（qubit）通过一条30米长的冷却链路相连，在超高保真度下实现了随机数的产生与验证。该研究以随机性放大（randomness amplification）为核心方法，为加密通信、数字身份验证、彩票及区块链等依赖高质量随机数的应用提供了物理认证的随机源。
量子贝尔测试与随机性放大
传统随机数生成器（无论是软件算法还是硬件噪声源）都存在系统性误差，无法生成完全理想的随机序列。ETH Zurich的实验设计基于量子力学中的贝尔不等式违背——当两个纠缠粒子被分离测量时，其结果之间的相关性违背经典物理的局域实在论，从而证明测量结果的内在随机性且不受外部影响。研究团队使用两块超导芯片，每块代表一个量子比特，通过冷却至接近绝对零度并利用微波光子建立纠缠。随机性放大技术的作用是将初始的弱随机源（如测量噪声）提升为认证的完美随机性。
研究主导者Renato Renner和Andreas Wallraff表示，该成果得益于同时实现的高质量与高数据率的贝尔测试。此前受限于系统损耗和测量误差，即使通过贝尔测试也难以保证绝对的随机性。本次实验在30米冷却链路中维持了极高的纠缠保真度，使得随机性可以被严格认证。
从实验到应用：完美随机数的潜力
在科技新闻网站Slashdot上，关于“完美随机性”的讨论引发了网友对传统随机生成方法的回忆。有网友提到一种用大量骰子自动投掷并OCR识别结果以产生随机数的机械装置，并围绕base 6与base 10转换的随机性展开争论。这恰恰说明了经典方法的局限：任何基于物理或算法的生成器，其输出终归是确定性的或受限于未建模的系统偏差。ETH Zurich的工作提供了一种基于物理定律的可认证随机源，其结果不依赖任何假设，仅依赖量子理论的正确性。
Phys.org的报道指出，该技术在长期发展中可能扮演类似原子钟在时间测量中的角色——一种其他随机系统可依赖的物理认证标准。短期来看，高安全性的加密密钥生成、区块链中的共识随机种子以及公共彩票的抽奖都将是直接应用场景。研究团队强调，当前装置虽处于实验室阶段，但已展示了扩展性潜力，未来或可通过芯片集成实现更紧凑的模块。
这一成果被视为向实用化量子随机数生成器（QRNG）迈出的关键一步。与基于量子态测量但未经过贝尔测试的QRNG不同，ETH Zurich的方案提供了对随机性的“自认证”能力，即用户无需信任硬件制造商，仅从输出数据本身即可验证其随机性。这种特性在加密协议和分布式信任系统中具有重要价值。
本文参考来源：Slashdot
