北京国光量子科技公司近日公布,该公司已成功研制出全球首款真空噪声量子随机数芯片,各项数据测试均成功通过。

量子通信产业从2009年开始便受到了国家和各级政府的高度重视,出台了一系列重磅政策,并建成了京沪量子干线等系列网络和干线,在网络应用中发挥着重要作用。

量子随机数是量子通信两大核心产品之一,量子通信两大核心产品包括量子密钥分发设备和量子随机数源,经过十几年产业发展均已基本成熟,并走向全面应用。量子随机数芯片的成功研制,标志着中国的量子安全产业又进入了新阶段。

一、历经实验,量子随机数芯片化正式成功

量子纠缠、态叠加和测不准深奥难懂,基于此,科学家提出了量子随机数源和量子密钥分发两大应用,由于其难度太大,在一系列的政策支持下,经过了二十多年的科学攻关才真正走向应用。目前全世界仅有五六家企业能推出量子通信产品,国内仅诞生了一家科创板上市公司和一家新三板上市公司,在欧美也仅有一家由世界顶级科学家尼古拉斯.吉森创办的Idq才具有研制能力,极其高的科技门槛制约着大量的科技公司介入。

由于技术难度太大导致成本高昂、设备体积较大并且应用切入难度较大,需要专门的网络和使用环境支持,头部公司推出的产品往往需要自家公司的其他产品做配套才能正常使用,上下游产业链发展较为缓慢,从而减缓了量子通信产品的快速推广和使用。

技术难度大、成本高昂难以被接受、使用复杂需要太多环节配合,针对这些问题,国光量子展开了系列攻关,途中面临的问题都是世界级难题,甚至从来没有科研团队碰触,全球极少有团队推出可工程化使用的量子随机数芯片,国光量子的科研人员认真推敲,严密设计,充分调研现有工艺,为了避免多次流片成本高昂的问题,研发人员做了大量的理论推敲,终于一举成功!

单比特频数检测通过!块内频数检测通过!累加和检测通过!游程检测通过!扑克检测通过!矩阵秩检测通过!近似熵检测通过!离散傅里叶检测通过!线性复杂度检测通过……看到每一项检测通过了,研发人员的心情无比兴奋,居然研制成功了,从来没人做出来的方案,仅仅一厘米!这标志着中国的量子随机数芯片化正式成功!

之前只有极少量的顶级科技企业才能推出的量子随机数源基本上是几十厘米长几十厘米宽,成本按十万元计算,而此次国光量子推出的量子随机数所有外围加起来居然不超过四公分,关键部件只有一公分,彻底的芯片化和低成本化,对标传统随机数不改接口,直接替代。

二、量子随机芯片将打开安全产业新局面

何谓真空噪声?我们所在的宇宙有着大范围的真空,很多人认为真空就是什么都没有,然而量子力学告诉我们:真空不仅不空还存在着极大量的物质场,只不过我们看不到。

最早狄拉克将量子力学和相对论相结合,发现了电子自旋的必然性和反粒子,有一类粒子不可能有两个除外同一位置同一状态,必须带有自旋,而且一定有反粒子,这类粒子就是构成我们手能摸到的万事万物,电子、夸克、中微子。

它们的反物质填满了整个负能级,构成了反物质海洋,填满了整个真空,只不过能级为负,无法和其他物质发生相互作用,我们看不到,只有在高能状态下才可以被激发出来。直到有人做了实验,用光从真空中激发出了正电子也就是反电子,证实了狄拉克的理论和猜想,真空不空才真正被接受。

不空的真空,反粒子的海洋,国光量子正是利用该原理研制出了量子随机数芯片,真空充满了各种基本粒子场的狂热躁动,采取特殊模式才可以看到这种躁动。这种躁动是完全随机的,无法被预测,用它来产生的随机数,是完全的随机数。

这种躁动还有大量好处,比如躁动的频谱很平,没有哪个频率有特殊,还有比如躁动的频率覆盖所有频段,也就是通信里所讲的带宽是无穷的。平滑而且水平的频谱和无穷的带宽,做通信的人太喜欢了,国光量子用了一款小小的芯片将其读了出来并且做出了真随机数!

自然界有各种噪声,包括热噪声,这种噪声可能源自于量子噪声,但这过程中也可能夹杂了各种干扰,变得不随机。另外频谱和温度相关,不平滑也不水平,然而真空噪声只要能应用,价值巨大。

量子随机数芯片的研制成功,将大大加速量子通信产品的应用推广,体积大幅下降了,复杂度大幅减小了,对使用环境也基本没要求了,成本也大幅压缩了,量子科技产业化进程将大幅加快。

随着量子随机芯片的研制成功很多,量子随机数有望从鼓励使用逐步变为强制使用,至少会从个别行业慢慢开始,前景非常广阔,将为量子安全产业打开新变局。

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