真随机数

量子理论中最重要的三个概念：测量的不确定性、叠加原理和波函数坍缩。

强度分光的光子实验

假设一个单光子源发出的光束入射到一个分束器上。如下图：

图片1：分光实验

该分束器可以让入射的光束50%反射，50%透射。图中还有两个单光子探测器D1和D2。单光子探测器“咔嗒”一声就表示探测到一个光子。我们发现：只有或者是D1或者是D2发出“咔嗒”的现象出现——而不会两个探测器同时探测到光子。

量子理论告诉我们：光子在被探测到（不论是D1还是D2）之前，光子是处在两个光束的状态。光子并不会分成两半，但一旦光子被探测到，它就会（从处于两个光束状态）“坍缩”到被两个探测器之一探测到的状态。这种“坍缩”是量子理论中独特的现象。

一个光子或者被D1探测到，或者被D2探测到（而不会被两者同时探测到），这也意味着光子有一半的概率被D1探测到，有一半的概率被D2探测到。根据量子光学领域的权威学者Zeilinger的观点，这种不确定性是物理学史上最重要的发现之一。

实际上，我们可以利用这种不确定性来产生随机数。</p> <p>我们可以约定：无论何时，当D1“咔嗒”一声，就生成了“0”数，而不论何时D2“咔嗒”一声，就生成了“1”数。这样随着对光子的探测，就产生了一个随机数序列。
如：0110100101111000101010100110000101011110010101001011011000100001110110100101110100101101010101001……

图片2：光束分光利用不确定性产生随机数

计算机科学家利用复杂的算法，可以产生随机数。不过由于是基于计算，在经历很大的数字序列后，这个数字序列会再次重复，这个序列的重复也许会在2¹⁰⁰以后才出现，因此，这个由计算产生的序列只能说是伪随机数。
然而，上述量子随机数的产生不是这样，产生的是真的随机数。因而量子随机数的产生在计算机科学领域有重要应用。引用自“A Fast and Compact Quantum Random Number Generator”,Rev.Sci,Instr.71,1675-1680(2000).
我们提出了基于光束经分束器分光过程的量子随机数产生的具体实现方法，它是基于量子力学的“真随机数”产生源。或者采用分束器，或者采用偏振分束器，并采用单光子探测器以及高速电子器件，所提出的装置可以产生码率为1Mbit/s的连续随机数。
瑞士ID Quantique公司在2001年就开发了量子随机数生成器（RNG）——Quantis，凭借其不断升级的硬件RNG，依靠其可靠性，易用性，安全性，IDQ目前已经成为该方面的市场领导者。

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