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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報】科學(xué)家首次實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)

2018-09-20 中國科學(xué)報丁佳

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　　實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器在實驗上具有極高的技術(shù)挑戰(zhàn)：整套隨機數(shù)產(chǎn)生裝置需要以極高的效率進行糾纏光子的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、探測；同時，不同組件間需要設(shè)置合適的空間距離以滿足類空間隔要求，才能以最高的安全性保證任何竊聽者不能通過內(nèi)部通信偽造貝爾不等式測試的結(jié)果。

　　潘建偉、張強研究組經(jīng)過3年多的努力，發(fā)展了高性能糾纏光源，首先優(yōu)化了糾纏光子收集、傳輸、調(diào)制等效率，并采用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的高效率超導(dǎo)單光子探測器，實現(xiàn)了高性能糾纏光源的高效探測；然后通過設(shè)計快速調(diào)制并進行合適的空間分隔設(shè)計，滿足了器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生裝置所需的類空間隔要求。最終，在世界上首次實現(xiàn)了器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器。

　　該工作及后續(xù)工作將為密碼學(xué)、數(shù)值模擬以及需要隨機性輸入的各個領(lǐng)域提供真正可靠的隨機性來源，同時由于可信任的隨機數(shù)源是現(xiàn)實條件下量子通信安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，器件無關(guān)隨機數(shù)的實驗實現(xiàn)也進一步確保了現(xiàn)實條件下量子通信的安全性。

　　“在現(xiàn)有的量子通信系統(tǒng)中，如果采用自己制備的或者可信制造商制備的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器，其安全性是可以得到保障的。但是如果人們不小心采用了惡意第三方所制造的器件，就會發(fā)生隨機數(shù)泄露。”潘建偉說，“我們的新成果確保了即使是使用不信任的第三方器件的情況下，也可以產(chǎn)生真隨機數(shù)，并且不會泄露，從而確保通信的安全?！?/p>

　　潘建偉透露，未來，中國科大團隊將建設(shè)高速穩(wěn)定的器件無關(guān)量子隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，通過提供基于量子糾纏內(nèi)稟隨機性、高安全性的隨機數(shù)，爭取形成新一代的國際隨機數(shù)標準。

　　隨機數(shù)在科學(xué)研究和日常生活中都有著重要的應(yīng)用，如天氣預(yù)報、新藥設(shè)計、材料設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、游戲、人工智能、通信安全、現(xiàn)代密碼學(xué)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。然而，以往基于軟件算法或基于經(jīng)典熱噪聲實現(xiàn)的隨機數(shù)都有著各自的缺陷，因此，目前國際上紛紛開展器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器的研制工作。

　　相關(guān)論文信息：DOI：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0559-3

　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2018-09-20 第1版要聞)

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中科院院士潘建偉及其同事張強、范靖云、馬雄峰等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和日本NTT基礎(chǔ)科學(xué)實驗室合作，在發(fā)展高品質(zhì)糾纏光源和高效率單光子探測器件的基礎(chǔ)上，利用量子糾纏的內(nèi)稟隨機性，在國際上首次成功實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)。相關(guān)成果9月20日凌晨在線發(fā)表于《自然》。這項突破性成果將在數(shù)值模擬、密碼學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，有望形成新的隨機數(shù)國際標準。
　　實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器在實驗上具有極高的技術(shù)挑戰(zhàn)：整套隨機數(shù)產(chǎn)生裝置需要以極高的效率進行糾纏光子的產(chǎn)生、傳輸、調(diào)制、探測；同時，不同組件間需要設(shè)置合適的空間距離以滿足類空間隔要求，才能以最高的安全性保證任何竊聽者不能通過內(nèi)部通信偽造貝爾不等式測試的結(jié)果。
　　潘建偉、張強研究組經(jīng)過3年多的努力，發(fā)展了高性能糾纏光源，首先優(yōu)化了糾纏光子收集、傳輸、調(diào)制等效率，并采用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的高效率超導(dǎo)單光子探測器，實現(xiàn)了高性能糾纏光源的高效探測；然后通過設(shè)計快速調(diào)制并進行合適的空間分隔設(shè)計，滿足了器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生裝置所需的類空間隔要求。最終，在世界上首次實現(xiàn)了器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器。
　　該工作及后續(xù)工作將為密碼學(xué)、數(shù)值模擬以及需要隨機性輸入的各個領(lǐng)域提供真正可靠的隨機性來源，同時由于可信任的隨機數(shù)源是現(xiàn)實條件下量子通信安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，器件無關(guān)隨機數(shù)的實驗實現(xiàn)也進一步確保了現(xiàn)實條件下量子通信的安全性。
　　“在現(xiàn)有的量子通信系統(tǒng)中，如果采用自己制備的或者可信制造商制備的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器，其安全性是可以得到保障的。但是如果人們不小心采用了惡意第三方所制造的器件，就會發(fā)生隨機數(shù)泄露?！迸私▊フf，“我們的新成果確保了即使是使用不信任的第三方器件的情況下，也可以產(chǎn)生真隨機數(shù)，并且不會泄露，從而確保通信的安全。”
　　潘建偉透露，未來，中國科大團隊將建設(shè)高速穩(wěn)定的器件無關(guān)量子隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，通過提供基于量子糾纏內(nèi)稟隨機性、高安全性的隨機數(shù)，爭取形成新一代的國際隨機數(shù)標準。
　　隨機數(shù)在科學(xué)研究和日常生活中都有著重要的應(yīng)用，如天氣預(yù)報、新藥設(shè)計、材料設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、游戲、人工智能、通信安全、現(xiàn)代密碼學(xué)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。然而，以往基于軟件算法或基于經(jīng)典熱噪聲實現(xiàn)的隨機數(shù)都有著各自的缺陷，因此，目前國際上紛紛開展器件無關(guān)的量子隨機數(shù)產(chǎn)生器的研制工作。
　　相關(guān)論文信息：DOI：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0559-3
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2018-09-20 第1版要聞)

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