随机数发生器是用来产生随机数序列的一种器件，真随机数通常基于物理系统并具备不可预测性、不可重复性和无偏性等特征。量子随机数发生器是基于量子物理原理或量子效应而产生真随机数的系统，在实用化量子密码系统等对随机性质量和安全性要求较高的领域中具有重要的应用。比特率是量子随机数发生器最重要的指标。早期的量子随机数发生器利用单光子路径选择方案，比特率仅为4 Mbps。为了获得高比特率的量子随机数，近年来科学家们提出了各种方案，例如单光子到达时间测量方案可以把比特率提高至100 Mbps量级，2012年加拿大多伦多大学Lo小组实现了6 Gbps的量子随机数发生器系统等。
目前，实用化量子通信领域的一个重要目标是将量子密码系统的工作频率提升至10 GHz量级，对于这样的系统需要50 Gbps以上的量子随机数对单光子脉冲进行调制编码。为此，潘建伟小组发展了基于激光相位波动的超高速量子随机数产生技术，利用功率实时反馈等手段实现了无需温控的高稳定度干涉仪，可以将半导体激光器中自发辐射光子的量子相位波动信息转化成强度信息进行超高速采样。同时，该小组对激光器的工作电流进行了系统性优化，使得量子相位波动贡献与经典噪声贡献的比例实现了最大化。通过最小熵模型确定原始数据中量子随机数的比例下限并提纯后，最终输出的量子随机数比特率达68 Gbps，这和此前的最快速率相比提高了一个数量级。
上述研究得到了科技部、基金委、中科院和教育部的资助。
MIT Technology Review报道链接：
http://www.technologyreview.com/view/538406/worlds-fastest-quantum-random-number-generator-unveiled-in-china/
（微尺度物质科学国家实验室、量子信息与量子科技前沿创新中心、科研部）
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王晓易_NE0011
