科技日報(bào)記者 張夢然
美國Quantinuum團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文，報(bào)告了一項(xiàng)量子計(jì)算領(lǐng)域的重要突破：利用一臺(tái)擁有56個(gè)量子比特的設(shè)備——Quantinuum System Model H2離子阱量子計(jì)算機(jī)，他們成功實(shí)現(xiàn)了經(jīng)過認(rèn)證的隨機(jī)數(shù)生成。這項(xiàng)工作標(biāo)志著量子計(jì)算機(jī)在解決現(xiàn)實(shí)世界問題方面邁出了關(guān)鍵一步，其能力超越了當(dāng)前的傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)。
2024年，Quantinuum與摩根大通、谷歌等團(tuán)隊(duì)分別宣布在各自的量子計(jì)算機(jī)上完成了傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。然而，如何將這種能力轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。此次通過使用隨機(jī)電路采樣（RCS）來生成經(jīng)過認(rèn)證的隨機(jī)數(shù)，解決了這一難題。隨機(jī)數(shù)是指利用量子力學(xué)原理產(chǎn)生的數(shù)字序列，這些數(shù)字具有真正的隨機(jī)性，其在密碼學(xué)、公平性和隱私等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
然而，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以產(chǎn)生真正的隨機(jī)數(shù)，通常需要結(jié)合硬件隨機(jī)數(shù)生成器使用，但這種方法存在被操控的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，新方法即使在量子計(jì)算機(jī)被對手控制的情況下，理論上也無法操縱輸出并保持隨機(jī)性的認(rèn)證。團(tuán)隊(duì)通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問量子計(jì)算機(jī)，執(zhí)行基于RCS的協(xié)議，該協(xié)議能生成比輸入更為隨機(jī)的結(jié)果。
整個(gè)過程分為兩步：首先，向量子計(jì)算機(jī)輸入復(fù)雜挑戰(zhàn)，只有通過隨機(jī)選擇解決方案才能解決；其次，使用多臺(tái)頂級超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行經(jīng)典驗(yàn)證，確保隨機(jī)性的不可模仿性。實(shí)驗(yàn)中，總共驗(yàn)證了71313位熵，驗(yàn)證速度達(dá)到了每秒1.1×1018次浮點(diǎn)運(yùn)算（1.1 ExaFLOPS）。
這是首次通過實(shí)驗(yàn)表明，量子計(jì)算機(jī)能夠生成真正的隨機(jī)數(shù)，并由經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)驗(yàn)證這些數(shù)字確實(shí)為隨機(jī)且新生成。這項(xiàng)工作不僅展示了量子硬件的進(jìn)步，還對在統(tǒng)計(jì)抽樣、數(shù)值模擬和密碼學(xué)等領(lǐng)域有著重要意義。
