与我们所处的自然世界不同，量子世界中存在许多真随机事件，例如不可预测的光子行为。
图片来源：CC0 Public Domain
撰文 | Bob Yirka
翻译 | 张宇哲
审校 | 董子晨曦
许多年来，计算机科学家一直在寻找一种能够生成真随机数的方法。但由于硬件水平的限制，大多数家用和商用电脑中的随机数生成器远达不到“随机”的标准。生成随机数之所以重要，是因为它构成了密码学的基础。在计算力足够的前提下，黑客能够破解这些由伪随机数编码的信息。与我们所处的自然世界不同，量子世界中存在许多真随机事件，例如不可预测的光子行为。
来自英国、德国和俄罗斯的一支研究团队利用量子力学的不可预测性，制造了一部能够生成真随机数的装置。在发表于《物理评论快报》的论文中，他们描述了借助量子理论，开发了一款真随机数生成器。
一种分束器，1：入射光；2: 50%透射光；3: 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia
该团队制造的装置由一个通用分束器组成，分束器一个输入端为激光，另一输入端则为空（即零信号）。随后，他们利用两个独立的探测器测量出射光束。在这套装置，每个到达分束器的光子被透射或被反射的概率相等，这意味着两个测量结果间的差值是不可预测的。因此，这一差值便是真“随机”的。
随机数生成器结构简图，VATT：可变光学衰减器；PD：光电二极管（用作探测器）；ADC：模数转换器；FPGA：现场可编程门阵列。图片来源于论文。
研究人员通过测量了光子在到达分束器之前的状态，进一步推进了这一研究。测量结果证实了由该设备产生的数据的确是随机的。最终，他们制造出的设备能够以每秒8.05千兆比特的速度生成随机数，且每组数据都证实是实时且随机的。值得一提的是，该设备使用的全部是现有的技术。
