随机数是一种重要资源，在信息安全、密码学、科学仿真等众多领域都有应用需求，但要人工产生大量“真随机数”却是个难题。近日，中国科学技术大学教授潘建伟、张军等人联合浙江大学储涛教授研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化处理，实现了速率达18.8gbps的世界最快实时量子随机数发生器。
量子随机数发生器示意图（潘建伟团队供图）
随机数在科学研究和日常生活中都有重要应用，比如在信息安全和密码学等领域，需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。在游戏和人工智能等领域，需要使用随机数来控制系统的演化。在天气预报、新药研发、新材料设计等领域，也常需要通过数值模拟进行计算，而数值模拟的关键是要有大量随机数的输入。
要人工产生大量“真随机数”并不容易，很多随机数发生器其实是基于确定性的算法，产生的是“伪随机数”。量子力学的出现从根本上改变了这一局面，因为其物理过程具有“内禀随机性”。量子随机数发生器具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。
潘建伟、张军等人长期研究实用化量子随机数发生器，并取得了多项世界前沿性成果。近期，他们进一步发展了基于真空态涨落的高速量子随机数产生方案，并完成实验验证。同时，他们与浙江大学储涛等合作，通过多次迭代制备了硅光芯片，并通过进一步优化处理算法和硬件实现，在实现高集成度的同时，大大提升了量子随机数发生器的实时生成速率。
经传输测试，该量子随机数发生器的实时生成速率达到创世界纪录的18.8gbps，相当于每秒钟产生188亿个随机数。这个研究成果，为开发低成本的商用量子随机数发生器单芯片奠定了技术基础。
日前，国际知名学术期刊《应用物理快报》以“封面论文”的形式发表了这项研究成果。（记者徐海涛）