瑞士科學家用量子糾纏整出「保證完美」隨機數 加密世界從此唔同晒

量子隨機性一直被視為密碼學安全嘅黃金標準，但係要證明一個數字係「真正隨機」——而唔係純粹統計學上睇落夠亂——一直都係個懸而未決嘅挑戰。去到2026年5月，蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）嘅物理學家終於填補咗呢個缺口。由 Renato Renner 同 Andreas Wallraff 帶領嘅團隊喺《自然》（Nature）期刊發表咗一種方法，可以整出經數學認證、保證完美嘅隨機數字，過程中完全唔需要信賴源頭物料或者量子硬件本身 。

佢哋呢種技術叫做隨機性放大（randomness amplification），唔係嘗試由零開始建造一部完美嘅隨機數生成器。相反，佢係拎住一個唔完美、甚至係公開已知嘅隨機源頭，然後用量子物理學將佢過濾成一串經數學認證、私密且無法預測嘅位元 。最後得出嘅，係一種質素可以正式證明嘅隨機性，而唔係純粹靠假設。

隨機性放大點樣將弱隨機性過濾到完美

呢個協議分三個階段運作：

1. 由唔完美隨機性開始。 過程唔需要一粒可信嘅種子（seed）。你可以由一個帶有偏見嘅隨機數生成器開始，甚至係一串連弱可預測性都係公開已知嘅字串都得——只要佢保留到至少少少真正嘅不可預測性 。

2. 透過一條30米長嘅連接線製造量子糾纏。 兩塊超導量子晶片被冷卻到接近絕對零度，並由一條30米長嘅低溫連接線連接起來 。佢哋被置入一種量子糾纏狀態，意思係喺其中一塊晶片上嘅測量結果，會即時同另一塊晶片嘅狀態互相關聯——呢個係量子非局域性（quantum non-locality）嘅標誌。

3. 用無漏洞貝爾測試認證隨機性。 嗰啲弱隨機性會決定應用喺糾纏量子位元上嘅測量設定。當得出嘅關聯性違反貝爾不等式，超越任何局部隱變數（local-hidden-variable）所能解釋嘅程度，呢啲結果就被證明係根本上無法預測——唔單止係「未知」，而係本質上係隨機嘅 。呢個貝爾測試違反嘅結果，有效咁將低質素嘅輸入隨機性「放大」成近乎完美嘅私密輸出位元。

最關鍵嘅洞察係，貝爾測試唔單止確認咗糾纏嘅存在；佢仲動態咁探測同認證咗量子測量過程本身嘅隨機性 。

對數碼安全嘅意義

經數學認證嘅完美隨機性，消除咗密碼系統入面一個基礎性嘅漏洞：

• 無條件安全嘅密鑰同簽名變成可能，因為底層嘅隨機性被數學上證明為不可預測，即使對手擁有無限嘅運算能力都係咁話 。
• 零信任部署（Zero-trust deployment） 係預設模式：即使量子裝置係由一個唔可信嘅第三方供應，或者被懷疑受到入侵，嗰個認證依然成立 。
• 公共流程嘅完整性得到提升，例如彩票抽籤、選舉審計同密碼學抽籤（cryptographic sortition），喺呢啲應用入面，任何隱藏喺所謂隨機過程入面嘅偏見都會破壞公平結果 。

取捨位在於吞吐量。要達到完美認證需要實驗上嘅複雜性，呢樣嘢目前限制咗隨機位元嘅產生速率，比起商業用、未經認證嘅量子隨機數生成器慢得多。

ETH Zurich 嘅方法同摩根大通認證隨機性擴展點樣比較

ETH Zurich 喺2026年5月公佈呢項成果，時間啱啱好係另一個重要里程碑嘅一年多啲之後：2025年3月，一個由摩根大通（JPMorganChase）、Quantinuum、阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）、橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）同德州大學奧斯汀分校（UT Austin）組成嘅團隊，用一部56量子位元嘅陷阱離子量子電腦，展示咗認證隨機性擴展（certified randomness expansion），同樣喺《自然》期刊發表 。呢兩項成就代表咗針對同一個問題嘅互補方法，各自有唔同嘅優勢。

ETH Zurich 嘅隨機性放大係由大量唔完美、公開嘅隨機性開始，然後將佢過濾成較少量嘅完美隨機性。呢種技術係裝置獨立（device-independent） 嘅：數學上嘅保證唔依賴於信賴硬件，令佢即使面對一個惡意嘅裝置製造商都依然穩健 。佢解決咗一個更難嘅基礎問題——你根本唔需要一粒可信嘅完美種子。

摩根大通嘅隨機性擴展，建基於 Scott Aaronson 喺2018年提出嘅協議，拎住一粒簡短、可信嘅隨機種子，將佢擴展成體積大得多嘅認證隨機輸出 。呢個實驗用咗 Quantinuum 嘅 H2 處理器執行隨機電路採樣（random circuit sampling），並喺百億億次級（exascale）超級電腦上做古典驗證，最終認證咗至少 71,313 位元嘅熵（entropy） 。呢個保證係對抗性穩健嘅——面對一部惡意量子電腦都安全——但個協議需要一粒最初嘅可信種子，而 ETH 嗰套方法就唔需要 。

兩種方法針對唔同嘅實戰場景。摩根大通嘅擴展方法產生出明顯更多嘅隨機位元，而且更接近現有量子運算基礎設施嘅整合 。ETH Zurich 嘅放大方法就喺一個更根本嘅層面上解決咗種子問題，證明咗完美隨機性可以喺一個根本唔存在可信隨機性嘅世界入面提取出嚟 。

兩種方法目前都唔係可以就咁攞嚟替換生產系統入面標準隨機數生成器嘅現成方案，但加埋一齊，佢哋勾勒出一條由不可驗證嘅統計隨機性——喺高安全性場景入面，呢種隨機性始終帶有一絲令人唔舒服嘅懷疑——通向數學上認證保證嘅路徑。下一個挑戰將會係點樣將呢啲概念驗證，工程化為可以大規模運作同時保留其認證保證嘅硬件同協議。