Pan Jianwei'nin ekibi Nature dergisinde yeniden yayınlandı: cihazdan bağımsız kuantum rasgele sayıların dünyanın ilk gerçekleştirilmesi
Peoples Daily, Xinhua News Agency ve University of Science and Technology of China gibi resmi kaynaklara göre Pan Jianweinin ekibi, sayısal simülasyon, kriptografi ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılacak olan cihazdan bağımsız kuantum rastgele sayıları başarıyla uyguladı ve yeni bir rastgele sayı oluşturması bekleniyor. standart.
İlgili araştırma sonuçları, uluslararası yetkili akademik dergi Nature ( tarafından 20. Pekin saatinde çevrimiçi olarak yayınlandı.
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Pan Jianwei ve meslektaşları Zhang Qiang, Fan Jingyun, Ma Xiongfeng, vb., Dünyada ilk kez cihazdan bağımsız kuantum rastlantısallığına ulaşmak için kuantum dolanmasının içsel rastgeleliğini kullanmak için Çin Bilimler Akademisi Şangay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojisi Enstitüsü ve Japonya NTT Temel Bilim Laboratuvarı ile işbirliği yaptı numara. Bu şu anda en güvenli rastgele sayı üreticisidir.
Rastgele sayıların bilimsel araştırmalarda ve günlük hayatta önemli uygulamaları vardır.
Örneğin, hava tahmini, yeni ilaç geliştirme, malzeme tasarımı, endüstriyel tasarım ve nükleer silah geliştirme gibi alanlarda, hesaplamalar için genellikle sayısal simülasyonlar gereklidir. Anahtar, büyük miktarda rastgele sayı girdisine sahip olmaktır; oyunlar, yapay zeka ve diğer alanlar sistemi kontrol etmek için rastgele sayılar kullanmalıdır. Evrim: Haberleşme güvenliği, modern kriptografi vb. Alanlarda üçüncü şahıslarca tamamen bilinmeyen rastgele sayılar, güvenliğin temeli olarak gereklidir.
Kuantum mekaniğine göre bilim adamları gerçek rasgele sayı üreteçleri oluşturabilirler.Kötücü üçüncü şahıslar tarafından üretilen bileşenleri kullansalar veya süper hesaplama gücüne sahip kuantum bilgisayarları kullansalar bile, ürettiği rasgele sayıları tahmin edemez veya bilemezler. Şu anda, bu tür rasgele sayı üretecinin araştırma ve geliştirme çalışmaları uluslararası olarak gerçekleştirilmektedir.
Pan Jianwei, ekibinin bu sonucunun önceki teknolojiye dayandığını, dolaşık foton toplama, iletim, modülasyon vb. Verimliliğini optimize ettiğini ve yüksek performanslı dolaşıklık elde etmek için Shanghai Microsystems tarafından geliştirilen yüksek verimli süper iletken tek foton dedektörünü kullandığını açıkladı. Işık kaynağının verimli bir şekilde hazırlanması; hızlı modülasyon tasarımı ve uygun boşluk ayırma tasarımı sayesinde, cihazdan bağımsız kuantum rasgele sayı üretecinin gerektirdiği boşluk benzeri boşluk gereksinimleri karşılanır.
"Klasik kriptografi veya kuantum gizli iletişimi ne olursa olsun, garanti olarak gerçek rasgele sayılar gereklidir." Pan Jianwei, mevcut kuantum gizli iletişim sisteminde, kendi veya güvenilir üreticinin kuantum rasgele sayı üretecini kullanırsanız dedi. Güvenliği garanti edilebilir. Bununla birlikte, kötü niyetli bir üçüncü şahıs tarafından üretilen bir cihaz yanlışlıkla kullanılırsa, rastgele numara sızıntısı meydana gelebilir.
Yeni sonuçlar, üçüncü bir tarafa güvenmeyen bir cihaz kullanılsa bile gerçek bir rasgele sayının üretilebilmesini ve sızdırılmamasını sağlayarak iletişim güvenliğini sağlar.
Geçmişte, rastgele sayılar elde etmenin genellikle iki yolu vardı: yazılım algoritmalarına dayalı uygulama veya klasik termal gürültüye dayalı uygulama.
Yazılım algoritması tarafından gerçekleştirilen rasgele sayı, girdi rasgele sayı çekirdeğine göre tekdüze dağıtılmış bir çıktı vermek için algoritmayı kullanır. Bununla birlikte, belirli bir girdi için, sabit bir algoritma belirli bir çıktı dizisi verecektir Bu perspektiften, bu tür rastgele sayılar doğası gereği deterministiktir ve gerçekten rastgele değildir.
Klasik termal gürültüye dayalı rastgele sayı çipi, mevcut fiziksel ortamdaki gürültüyü okur ve buna göre rastgele sayılar elde eder. Yazılım algoritmalarına dayalı uygulamalarla karşılaştırıldığında, ortamdaki daha fazla değişken nedeniyle bu tür cihazların tahmin edilmesi daha zordur. Bununla birlikte, Newton mekaniği çerçevesinde, rastgele sayıların oluşumunu etkileyen birçok değişken olsa bile, her bir değişkenin başlangıç durumu belirlendikten sonra, tüm sistemin çalışma durumu ve çıktısı prensip olarak tahmin edilebilir, dolayısıyla bu tür bir cihaz da Belirleyiciliğe dayalı süreç, tahmin edilmesi daha zor olan bir tür sözde rastgele sayıdır.
Kuantum mekaniğinin keşfi bu durumu temelden değiştirdi, çünkü temel fiziksel süreci, klasik fizikte bulunmayan içsel rastgeleliğe sahip, böylece gerçek bir rasgele sayı üreteci yapılabilir.
Kuantum mekaniğinin doğal olasılık özelliği, kuantum mekaniği teorisinin erken gelişiminden bu yana Einstein, Schrödinger ve Weinberg gibi önemli fizikçiler tarafından derinden rahatsız edildi.
Einstein, "Tanrı zar atmaz" (Tanrı zar atmaz) diye kesin bir şekilde inanıyordu. Daha yüksek bir kesinlik teorisi olması gerektiğine inanıyordu. Kuantum mekaniği, bu teorinin yalnızca bir yaklaşımıdır ve kuantum mekaniğinin doğasında bulunan rastgeleliktir. Sadece bu teorinin neden olduğu yanlış anlaşılmayı anlamadığımız için.
Einstein, Schrödinger ve diğerleri, kuantum mekaniğinin eksikliğini ve kuantum rastlantısallığının saçmalığını göstermek için tuhaf kuantum dolaşıklığı durumunu kullanmaya çalışarak kuantum dolaşıklığı kavramını öne sürdüler. Bohr başkanlığındaki Kopenhag Okulu, kuantum rastgeleliğini savundu ve kuantum mekaniğinin temelinin tamamlandığına inanıyordu.
İki okul 30 yıldır tartışıyor, ancak o zaman, iki kavram, deneysel olarak kesin olarak ayırt edilebilecek kesin tahminler veremedi ve tüm argümanlar felsefi seviyeyle sınırlıydı.
1964 yılına kadar Amerikalı fizikçi Bell, kuantum dolanmasının bağlantılı ölçümü yoluyla, kuantum mekaniği ve yerel determinizm teorisinin ölçüm sonuçları hakkında farklı tahminlere sahip olacağını keşfetti. Bu özelliği kullanarak, kuantum mekaniğinin temelinin tamamlanıp tamamlanmadığını ve kuantum rastlantısallığının var olup olmadığını belirlemek için Bell deneysel testi gerçekleştirilebilir.
Bell'in teorisinin ortaya konulmasından bu yana geçen on yıllarda, dünyanın dört bir yanındaki birçok bilimsel araştırma grubu çok sayıda deney gerçekleştirdi ve kuantum mekaniği ve kuantum rastgeleliği ilgili deneysel testlere dayandı. Bununla birlikte, şimdiye kadar, kapatılması gereken iki boşluk var, yani seçim özgürlüğü boşluğu ve çöküş yerellik boşluğu.
Pan Jianweinin ekibi uzun süredir kuantum mekaniği temel testleriyle uğraşıyor. Bu iki güvenlik açığına yanıt olarak, gözlemcinin bağımsız seçimini ve uzak yıldızların ışığında üretilen rastgele sayıyı kullandılar. Bu yıl, gözlemcilerin katılımıyla ultra yüksek kayıp ve Bell deneyini elde ettiler. , Makaleler "Physics Review Letters" ve "Nature" dergilerinde yayınlandı ve döngü içermeyen Bell testinin nihai olarak gerçekleştirilmesi için sağlam bir bilimsel ve teknik temel oluşturdu.
Önemli ve ilginç olan şey, Bell deneyinin içsel olarak kuantum içsel rastgelelikle derinlemesine ilişkili olduğu için, Bell deneyinin testi, cihaza, yani cihaza bağlı olmayan kuantum rastgele sayıyı gerçekleştirmek için temelde yerel deterministik teoriyi ortadan kaldırabilir. Alakasız kuantum rastgele sayılar.
Bu tür rasgele sayı üreteci, en güvenli rasgele sayı üreteci olarak kabul edilir.Kötü bir üçüncü kişi tarafından üretilen bileşenleri kullansa veya dinleyen kişi en güçlü kuantum bilgisayara sahip olsa bile, ürettiği rasgele sayıyı tahmin edemez veya bilemez. .
Bu nedenle, bu tür rasgele sayı üreticilerinin araştırma ve geliştirmeleri uluslararası olarak gerçekleştirilmiştir.Ulusal Standartlar Enstitüsü (NIST), cihazdan bağımsız kuantum rasgele sayı üreteçlerini kullanarak yeni nesil rasgele sayı ulusal standartları oluşturmayı planlamaktadır.
Cihazdan bağımsız bir rasgele kuantum sayı üretecinin gerçekleştirilmesi, deneylerde son derece yüksek teknik zorluklara sahiptir: tüm rasgele sayı üretecinin, son derece yüksek verimlilikle dolaşık fotonları üretmesi, iletmesi, modüle etmesi ve algılaması gerekir; aynı zamanda, farklı bileşenlerin uygun şekilde kurulması gerekir. Alan benzeri boşluk gereksinimlerini karşılamak için en yüksek güvenlik, herhangi bir dinleyicinin dahili iletişim yoluyla Bell eşitsizliği testinin sonuçlarını taklit edememesini sağlayabilir.
Önceki Bell deneyleri serisinde geliştirilen teknolojiye dayanarak, Pan Jianwei ve Zhang Qiang'ın araştırma grubu, üç yıldan uzun süren sıkı çalışmalardan sonra yüksek performanslı bir dolaştırılmış ışık kaynağı geliştirdiler.İlk olarak, dolaşık foton toplama, iletme ve modülasyonun verimliliğini optimize ettiler ve Çin Bilimler Akademisi Şangay Mikrosistemler Enstitüsü'nü benimsedi. Geliştirilmiş yüksek verimli süper iletken tek foton algılama cihazı, yüksek performanslı dolaşık ışık kaynaklarının verimli bir şekilde algılanmasını sağlar ().
Daha sonra, hızlı modülasyon tasarımı ve uygun boşluk ayırma tasarımı sayesinde, cihazdan bağımsız kuantum rasgele sayı üretecinin boşluk benzeri boşluk gereksinimleri karşılanır. Son olarak, dünyada ilk kez cihazdan bağımsız bir kuantum rasgele sayı üreteci gerçekleştirildi.
Bu çalışma ve sonraki çalışma, kriptografi ve sayısal simülasyonun yanı sıra rastgele giriş gerektiren çeşitli alanlar için gerçekten güvenilir bir rastgelelik kaynağı sağlayacaktır.Aynı zamanda, güvenilir bir rastgele sayı kaynağı, gerçek koşullar altında kuantum iletişiminin güvenliğinde anahtar bir bağlantı olduğundan, cihaz bağımsızdır. Rastgele sayıların deneysel olarak gerçekleştirilmesi ayrıca gerçekçi koşullar altında kuantum iletişiminin güvenliğini sağlar.
Gelecekte, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ekibi, yüksek hızlı ve kararlı cihazdan bağımsız bir kuantum rasgele sayı üreteci oluşturacak ve kuantum dolanmasının doğasında olan rasgeleliğe dayalı yüksek güvenlikli rasgele sayılar sağlayarak yeni nesil ulusal rasgele sayı standartları oluşturmaya çalışacak.
Araştırma çalışması Çin Bilimler Akademisi, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Eğitim Bakanlığı ve Anhui Eyaleti tarafından desteklendi.
- Bitiş -
Samimi işe alım
Qubit, editörleri / muhabirleri işe alıyor ve merkezi Pekin, Zhongguancun'da bulunuyor. Yetenekli ve hevesli öğrencilerin bize katılmasını dört gözle bekliyoruz! İlgili ayrıntılar için lütfen QbitAI diyalog arayüzünde "işe alım" kelimesini yanıtlayın.
Qubit QbitAI · Toutiao İmzalayan Yazar
' ' Yapay zeka teknolojisi ve ürünlerindeki yeni eğilimleri takip edin
