量子計算機實現可認證隨機數生成

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》雜志上發表論文，報告了一項量子計算領域的重要突破：利用一臺擁有56個量子比特的設備——Quantinuum System Model H2離子阱量子計算機，他們成功實現了經過認證的隨機數生成。這項工作標志著量子計算機在解決現實世界問題方面邁出了關鍵一步，其能力超越了當前的傳統超級計算機。

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超級計算機無法實現的任務。然而，如何將這種能力轉化為解決實際問題仍是一個挑戰。此次通過使用隨機電路采樣（RCS）來生成經過認證的隨機數，解決了這一難題。隨機數是指利用量子力學原理產生的數字序列，這些數字具有真正的隨機性，其在密碼學、公平性和隱私等領域具有重要應用價值。

然而，傳統計算機難以產生真正的隨機數，通常需要結合硬件隨機數生成器使用，但這種方法存在被操控的風險。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。團隊通過互聯網遠程訪問量子計算機，執行基于RCS的協議，該協議能生成比輸入更為隨機的結果。

整個過程分為兩步：首先，向量子計算機輸入復雜挑戰，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，并由經典超級計算機驗證這些數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，還在統計抽樣、數值模擬和密碼學等領域有著重要意義。