最近，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張軍等和英國(guó)牛津大學(xué)的同事合作，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了68 Gbps的高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，相關(guān)論文發(fā)表于儀器領(lǐng)域權(quán)威期刊《科學(xué)儀器評(píng)論》[Rev. Sci. Instrum. 86, 063105 (2015)]。美國(guó)著名的科技評(píng)論雜志MIT Technology Review以“世界最快的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器在中國(guó)誕生（World‘s Fastest Quantum Random Number Generator Unveiled in China）”為題對(duì)該項(xiàng)工作進(jìn)行了報(bào)道。該成果為未來(lái)超高速量子密碼系統(tǒng)的量子隨機(jī)數(shù)需求提供了可行的解決方案。
隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)序列的一種器件，真隨機(jī)數(shù)通?；谖锢硐到y(tǒng)并具備不可預(yù)測(cè)性、不可重復(fù)性和無(wú)偏性等特征。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是基于量子物理原理或量子效應(yīng)而產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的系統(tǒng)，在實(shí)用化量子密碼系統(tǒng)等對(duì)隨機(jī)性質(zhì)量和安全性要求較高的領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。比特率是量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器最重要的指標(biāo)。早期的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器利用單光子路徑選擇方案，比特率僅為4 Mbps。為了獲得高比特率的量子隨機(jī)數(shù)，近年來(lái)科學(xué)家們提出了各種方案，例如單光子到達(dá)時(shí)間測(cè)量方案可以把比特率提高至100 Mbps量級(jí)，2012年加拿大多倫多大學(xué)Lo小組實(shí)現(xiàn)了6 Gbps的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器系統(tǒng)等。
目前，實(shí)用化量子通信領(lǐng)域的一個(gè)重要目標(biāo)是將量子密碼系統(tǒng)的工作頻率提升至10 GHz量級(jí)，對(duì)于這樣的系統(tǒng)需要50 Gbps以上的量子隨機(jī)數(shù)對(duì)單光子脈沖進(jìn)行調(diào)制編碼。為此，潘建偉小組發(fā)展了基于激光相位波動(dòng)的超高速量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生技術(shù)，利用功率實(shí)時(shí)反饋等手段實(shí)現(xiàn)了無(wú)需溫控的高穩(wěn)定度干涉儀，可以將半導(dǎo)體激光器中自發(fā)輻射光子的量子相位波動(dòng)信息轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度信息進(jìn)行超高速采樣。同時(shí)，該小組對(duì)激光器的工作電流進(jìn)行了系統(tǒng)性?xún)?yōu)化，使得量子相位波動(dòng)貢獻(xiàn)與經(jīng)典噪聲貢獻(xiàn)的比例實(shí)現(xiàn)了最大化。通過(guò)最小熵模型確定原始數(shù)據(jù)中量子隨機(jī)數(shù)的比例下限并提純后，最終輸出的量子隨機(jī)數(shù)比特率達(dá)68 Gbps，這和此前的最快速率相比提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
上述研究得到了科技部、基金委、中科院和教育部的資助。
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