摘要：一个国际研究团队昨天在《自然》科学期刊上发表研究报告，他们宣称利用56个量子比特的量子计算机生成了真正的随机数，这种真正随机数可以使用传统超级计算机证明其是真正随机并且新鲜生成的，从而解决了传统计算机无法真正生成随机数的缺陷。

一个国际研究团队昨天在《自然》科学期刊上发表研究报告，他们宣称利用56个量子比特的量子计算机生成了真正的随机数，这种真正随机数可以使用传统超级计算机证明其是真正随机并且新鲜生成的，从而解决了传统计算机无法真正生成随机数的缺陷。

所谓真正的随机数，是指完全不可预测的数字序列，每次生成都是独立的，与之前的数字或之后的数字没有任何关联或模式，其生成依赖于物理世界中的不确定性，而不是可预测的算法或模式。换句话说，真正的随机数不能通过任何算法或规则推测出来。放射性物质的衰变时间，电子设备中由于电子随机运动产生的热噪声，大气中的电磁噪声，光子的偏振或电子的自旋以及宇宙微波背景辐射中的微小波动均是真正的随机数。

传统计算机是基于确定的算法和指令运行的。它们通过一种叫做伪随机数生成器（PRNG）的软件工具来生成所谓的“随机数”。PRNG需要一个初始值，称为种子，然后通过特定的数学公式生成一系列数字。这些数字在表面上看起来是随机的，但在本质上却是完全可预测的。如果你知道了种子和生成算法，就可以准确地重现整个数字序列。

例如，一种常见的PRNG算法是线性同余生成器（LCG），它使用简单的公式（如 Xn+1 = (a * Xn + c) mod m）来计算下一个数字。虽然这种方法生成的数字在统计上可能表现出随机性，但它并不是真正的随机，因为整个序列是由种子和算法决定的。

传统计算机生成的其实是一种伪随机数，它们由确定的算法生成，只要知道种子和算法，就能预测结果。真正随机数需要来自物理世界的不可预测性，这些现象无法用算法模拟。传统计算机本身并没有直接访问这些物理随机源的能力。它们依赖软件算法来模拟随机性，因此生成的只能是伪随机数，而不是真正的随机数。

协议概述

研究人员通过互联网远程访问56量子比特的Quantinuum System Model H2囚禁离子量子计算机，他们执行了一个基于 RCS 的认证随机性扩展协议，该协议由两个步骤组成。在第一步中，该团队反复向量子计算机提出必须快速解决的特殊的计算模式（量子电路），并将其发送到量子计算机的服务端。，服务端执行计算并返回结果（每个电路的位字符串）。由于量子计算机只能通过随机选择众多可能的解决方案之一来解决这些计算，基于量子力学的性质，这个结果基本上是随机的。

对抗模型和协议安全

在第二步中，使用经典超级计算机对随机性进行数学认证，证明随机性是真实的。验证此结果的平均响应时间和叫做 “XEB” （Cross-Entropy Benchmarking） 分数的质量指标。 如果平均响应时间在0.3秒以上，2.2 秒以下，则可以确定这个结果是量子计算机生成的真正随机数，这是因为传统计算机不可能以该速度产生相同质量的结果。实验总共传输了 60952个电路，产生了3万个结果样本和10个有效结果样本，有效样本每一个都是56 位长。研究人员使用量子计算机最终创建了71373个不可预测的随机数，这些随机数即使使用比目前世界上最快的超级计算机强大四倍的计算机也无法生成，是真正的公平随机数，其值无法提前预测或操纵。

技术力量认为，这种由量子计算机创建真正随机数的生成技术有望应用于信息安全领域，比如生成真正随机密码，统计采样、数值模拟等，它也可以应用于更现实的场景，比如彩票和电子游戏中，没有人可以控制的无偏见随机数对这些应用的公平性很有用。

信息来源：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08737-1

来源：技术力量