中國量子通訊新突破 　世界最快量子隨機數發生器問世

量子隨機數發生器是量子通訊系統中的關鍵核心器件。中國科研團隊通過研製硅基光子集成晶片和優化實時後處理，研發出世界迄今最快的實時量子隨機數發生器。

《光明日報》上周六（6日）報道，中國科學技術大學教授潘建偉、張軍等聯合浙江大學教授儲濤研究組，通過研製硅基光子集成晶片和優化實時後處理，實現了速率達18.8Gbps的迄今世界最快實時量子隨機數發生器。相關研究成果以封面論文形式發表於物理學領域學術性期刊《應用物理快報》。

據介紹，隨機數是一種重要的基礎資源，在訊息安全、密碼學、科學仿真等眾多領域以及日常生產生活中有着廣泛的應用需求。與偽隨機數發生器和其他物理隨機數發生器不同，量子隨機數發生器是基於量子物理原理產生真隨機數的系統，具有不可預測性、不可重複性和無偏性等特徵，是量子通訊系統中的關鍵核心器件。

潘建偉、張軍等長期在實用化量子隨機數發生器方向開展系統性研究。2014年，他們首次提出基於外部時鐘參考的單光子到達時間測量方案，實現速率達100Mbps的量子隨機數發生器。2015年，實現了基於激光相位波動的高速量子隨機數產生方案。2016年，研製了實時速率達3.2Gbps的量子隨機數發生器。

對於實用化量子隨機數發生器，實時生成速率和集成度是核心指標，但上述量子隨機數產生方案難以實現高度集成。為此，潘建偉、張軍等進一步發展基於真空態漲落的高速量子隨機數產生方案並完成相關實驗驗證，同時與浙江大學儲濤等合作，針對該方案通過多次迭代製備了相應的硅光晶片，並採用混合集成技術將硅光晶片、砷化銦鎵平衡探測器以及跨阻放大器封裝在晶片內。

通過進一步優化現場可編程邏輯門陣列實時後處理算法和硬件實現，從而在實現高集成度的同時大大提升了量子隨機數發生器的實時生成速率。經傳輸測試，該量子隨機數發生器系統的最終實時速率達創世界紀錄的18.8Gbps。

中國量子技術發展進程（請點擊大圖瀏覽）：