量子計算機實現(xiàn)可認證隨機數(shù)生成

科技日報北京3月28日電 （記者張夢然）美國Quantinuum團隊在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文，報告了一項量子計算領(lǐng)域的重要突破：利用一臺擁有56個量子比特的設(shè)備——Quantinuum System Model H2離子阱量子計算機，他們成功實現(xiàn)了經(jīng)過認證的隨機數(shù)生成。這項工作標志著量子計算機在解決現(xiàn)實世界問題方面邁出了關(guān)鍵一步，其能力超越了當(dāng)前的傳統(tǒng)超級計算機。

2024年，Quantinuum與摩根大通、谷歌等團隊分別宣布在各自的量子計算機上完成了傳統(tǒng)超級計算機無法實現(xiàn)的任務(wù)。然而，如何將這種能力轉(zhuǎn)化為解決實際問題仍是一個挑戰(zhàn)。此次通過使用隨機電路采樣（RCS）來生成經(jīng)過認證的隨機數(shù)，解決了這一難題。隨機數(shù)是指利用量子力學(xué)原理產(chǎn)生的數(shù)字序列，這些數(shù)字具有真正的隨機性，其在密碼學(xué)、公平性和隱私等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。

然而，傳統(tǒng)計算機難以產(chǎn)生真正的隨機數(shù)，通常需要結(jié)合硬件隨機數(shù)生成器使用，但這種方法存在被操控的風(fēng)險。相比之下，新方法即使在量子計算機被對手控制的情況下，理論上也無法操縱輸出并保持隨機性的認證。團隊通過互聯(lián)網(wǎng)遠程訪問量子計算機，執(zhí)行基于RCS的協(xié)議，該協(xié)議能生成比輸入更為隨機的結(jié)果。

整個過程分為兩步：首先，向量子計算機輸入復(fù)雜挑戰(zhàn)，只有通過隨機選擇解決方案才能解決；其次，使用多臺頂級超級計算機進行經(jīng)典驗證，確保隨機性的不可模仿性。實驗中，總共驗證了71313位熵，驗證速度達到了每秒1.1×1018次浮點運算（1.1 ExaFLOPS）。

這是首次通過實驗表明，量子計算機能夠生成真正的隨機數(shù)，并由經(jīng)典超級計算機驗證這些數(shù)字確實為隨機且新生成。這項工作不僅展示了量子硬件的進步，還在統(tǒng)計抽樣、數(shù)值模擬和密碼學(xué)等領(lǐng)域有著重要意義。