搖動愛因斯坦的骰子：開發量子亂數產生器

Researchers roll Einstein's dice: Developing a quantum random number generator
http://www.physorg.com/news/2011-11-einstein-dice-quantum-random.html

November 30, 2011

(PhysOrg.com) -- 量子力學暗示，在實驗測量中的不確定性是大自然固有的一部份 -- 這個想法，愛因斯坦輕蔑地將之視為「搖骰子」。真正的量子隨機性（那是愛因斯坦所顧慮的）與傳統的賭博骰子全然不同，其運動遵循古典力學的定律，也因而是偽隨機（pseudo-random，假隨機）。只要有初始狀況的正確物理資訊，骰子搖出來的結果可精確地被預測出來。

現在，一個由 Dr. Benjamin Sussman 所領導的 National Research Council (NRC) 團隊在 Optics Express 的線上版報告，已成功利用量子力學的波動性創造出一顆真正隨機骰子的物理模擬。更重要的是，他們的骰子可以被搖的非常迅速而且能輕易地被測量，具有改變未來高速資訊網路安全性的潛力 -- 從加密的軍事通訊到使個人線上購物安全、為樂透彩產生隨數字，或用於高效能運算應用。

為了安全性而倚賴隨機數列的裝置到處都有，且數列在眾多協定中被當成加密金鑰使用。然而快速、可靠地產生真正的隨機數列（亂數數列）一直都是種挑戰。當前絕大多數技術都倚賴電腦演算法所產生的數列，那實際上是決定性的（deterministic） -- 只有表面上的隨機。當倚賴隨機數列的技術愈來愈多，「這些數字並非真正隨機」這個事實會使問題愈來愈多。

Dr. Sussman 與他的團隊已開發出一種新奇的解決方案。研究者們利用受激拉曼散射（stimulated Raman scattering，SRS）把電磁場的量子真空波動擴大到巨觀的強度。高強度讓他們能利用便利的、巨觀的裝置，例如 PIN diodes（該裝置低成本高速度），來測量所產生光脈衝的光相位。團隊成員 Dr. Philip Bustard 解釋，"因為量子真空是隨機的，故所產生的光脈衝相位也是隨機的。相位測量可被轉換成二進位，產生所需要的隨機位元序列。"

當現代安全基礎建設與數位經濟將政府、企業與個人的秘密放入網際空間時，資訊因弱點而受到攻擊的可能性就會愈大。Dr. Sussman 提到，"雖然骰子的搖動自古至今對於賽局遊戲來說不可或缺，不過隨機數的重要性卻未曾更加顯而易見。除了其為可靠的樂透彩與賭博平台而產生亂數的應用之外，一個真正的隨機數產生器將為通訊提供牢不可破的加密 -- 不管那是軍事傳輸、安全的銀行往來或線上購物 -- 那支撐現代的連結世界。"

※ 相關報導：

＊ Quantum random bit generation using stimulated Raman scattering
http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-19-25-25173

Philip J. Bustard, Doug Moffatt, Rune Lausten, Guorong Wu,
Ian A. Walmsley, and Benjamin J. Sussman.
Optics Express, Vol. 19, Issue 25, pp. 25173-25180 (2011)
doi: 10.1364/OE.19.025173

＊ 成本超低的真正隨機與物理性指印
＊ 竊取量子金鑰的量子竊聽者
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＊ 量子運算的進展：一個qubit 接著一個qubit