科学家首次实现“完美随机”：连量子物理都不知道下一秒发生什么

如果我让你随便说一个数字。

你可能会说7。

为什么？

因为全球无数实验已经证明，当人类被要求“随机”选择一个数字时，7出现的频率远高于平均值。

换句话说，人类并不擅长随机。

事实上，不只是人类。

计算机也不擅长。

甚至很多被称为“随机数生成器”的设备，本质上也只是伪随机。

它们看起来杂乱无章，但背后依然遵循某种规则。

而最近，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的一项实验，却试图完成一个近乎哲学的问题：

有没有办法制造出真正随机的数字？

研究团队给出的答案是：

有。

而且他们认为自己已经第一次做到了。

相关论文发表于《Nature》。

随机为什么这么重要？

很多人会觉得随机数没什么大不了。

实际上，现代互联网几乎建立在随机数之上。

你的银行卡密码。

微信支付。

HTTPS加密。

数字身份认证。

区块链。

彩票。

甚至军事通信。

都需要大量随机数。

因为加密系统最怕的事情就是被预测。

假如某个黑客发现：

你的随机数生成器其实更偏爱某些数字。

那么理论上，他就能缩小破解范围。

密码依然是密码。

但安全性已经开始崩塌。

所以密码学界有一句老话：

真正的安全来自不可预测。

问题在于，真正的不可预测极其难实现。

传统随机数其实并不随机

你电脑里的随机数，大多数来自算法。

输入一个种子。

运行一串公式。

得到一大堆看起来毫无规律的数据。

这叫伪随机数。

对于绝大多数用途已经足够。

但从严格意义上说，它们并不随机。

因为只要知道算法和初始条件。

理论上就能把未来全部推算出来。

就像彩票开奖机如果提前知道每个球的位置和运动轨迹。

结果依然是确定的。

只是你不知道而已。

于是科学家开始寻找真正的随机源。

他们盯上了量子世界。

因为量子力学有一个非常特殊的特点：

某些事件在测量前根本没有确定结果。

不是你不知道。

而是自然界自己也不知道。

比如一个电子的自旋。

测量之前，它可能同时处于多种状态。

直到观测发生。

结果才会出现。

这似乎天然就是随机性的来源。

于是大量量子随机数发生器诞生了。

但问题很快出现。

即使使用量子系统。

设备本身依然可能存在偏差。

探测器效率不同。

电子噪声干扰。

制造误差。

环境影响。

这些因素都会偷偷带来倾向性。

理论上随机。

实际上可能仍然存在细微偏差。

这种偏差在日常生活里几乎察觉不到。

但对于顶级加密系统而言，却可能成为漏洞。

因此科学家一直追求一个目标：

不是生成随机数。

而是生成能够被证明随机的随机数。

听起来像绕口令。

但这正是本次研究的核心。

这次实验到底做了什么？

研究团队使用了两个超导量子比特。

你可以把它们理解成两个极其脆弱的量子开关。

为了避免互相作弊。

研究人员把它们放在相距30米的位置。

中间通过一根超低温管道连接。

温度接近绝对零度。

大约零下273摄氏度附近。

在这种环境下。

微波光子能够在两个量子芯片之间来回穿梭。

从而形成量子纠缠。

量子纠缠是现代物理最神秘的现象之一。

两个粒子即使相隔很远。

依然会表现出强烈关联。

爱因斯坦曾经把它称为：

“幽灵般的超距作用”。

当然。

这种关联并不能超光速传递信息。

但它足以让两个量子系统表现出超越经典物理的行为。

研究人员利用这种纠缠状态进行测量。

关键的一步是：

他们故意让两个量子比特之间远到来不及通信。

即便光速传播。

也来不及影响彼此结果。

这样就堵死了所有经典解释。

如果依然出现关联。

那么只能归因于量子力学本身。

接下来出现了最聪明的一步。

研究人员没有试图从零开始制造完美随机。

他们反而先拿来一个并不完美的随机数源。

这个随机源本身带有偏差。

然后利用量子纠缠产生的数据。

通过特殊算法进行“随机性放大”。

有点像净水器。

进去的是不够纯净的随机。

出来的是更高等级的随机。

最终得到的0和1序列。

不仅通过统计检验。

更重要的是：

它们在理论上也被证明无法预测。

这意味着什么？

过去我们经常说：

“这个随机数看起来很随机。”

现在研究人员说：

“不，我们可以证明它随机。”

两者差别巨大。

前者是经验判断。

后者是数学证明。

就像以前我们觉得一把锁很安全。

现在则可以证明：

在已知物理规律下，这把锁不存在可利用漏洞。

研究负责人Renato Renner甚至表示。

他们的方法几乎不需要额外计算。

因为随机性本身来自量子测量。

不是来自复杂算法。

相比传统伪随机数生成器。

计算成本几乎可以忽略。

未来会有什么用？

最直接的应用当然是加密。

如果随机数彻底不可预测。

那么密码系统的安全性将进一步提升。

除此之外。

数字身份认证。

区块链。

量子网络。

电子投票。

彩票系统。

都可能受益。

研究团队甚至把它比作原子钟。

原子钟定义时间。

而这种系统未来可能定义随机。

成为整个数字世界的基础参考源。

不过更有意思的是背后的哲学意义。

几百年来。

科学一直试图寻找规律。

从牛顿到爱因斯坦。

从行星运动到原子结构。

物理学最大的成功，就是让世界变得越来越可预测。

但量子力学却不断告诉我们：

宇宙深处似乎存在真正的随机。

不是因为人类无知。

不是因为仪器不够精密。

而是因为自然本身就是如此。

这次实验最震撼的地方就在这里。

科学家花了几十年时间。

最终证明了一件有些讽刺的事情：

在宇宙最深层的规则里，或许真的存在毫无规则的东西。

而这一次，他们第一次把这种“毫无规则”，变成了可以被验证、被证明、被利用的技术。

从某种意义上说。

这可能是人类第一次真正握住了“随机性”本身。

参考文献

Kulikov, A., Storz, S., Schär, J. D., et al. (2026). Experimental randomness amplification. Nature, 653, 1033–1038. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10521-8

ETH Zurich. (2026). Physicists achieve perfect randomness for the first time ever.

Renner, R., Wallraff, A., et al. Quantum Information and Cryptography Group, ETH Zurich. Experimental realization of certified randomness amplification.