PDF《有了它,可防御量子攻击》

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2018 年9月20 日 星期四 近日, 中国科学技术大学教授潘建伟及 其同事张强、 范靖云、 马雄峰等与中科院上海 微系统与信息技术研究所和日本 NTT 基础 科学实验室合作, 在国际上首次成功实现器 件无关的量子随机数.

相关研究成果于北京 时间9月20 日凌晨在线发表在《自 然》 杂志上.这项突破性成果有望形成新的随机数国 际标准. 随机数在科学研究和日常生活中都有着 重要的应用.例如, 天气预报、 新药研制、 材 料设计、 工业设计等领域, 常常需要通过数值 模拟进行计算, 而数值模拟的关键就是要有 大量随机数的输入;

在游戏、人工智能等领域, 需要使用随机数来控制系统的演化;

在通 信安全、 现代密码学等领域, 则需要第三方完 全不知道的随机数作为安全性的基础. 以往通常有两类获取随机数的途径: 基 于软件算法实现或基于经典热噪声实现.软 件算法实现的随机数本质上是确定性的, 并 不真正随机.基于经典热噪声的随机数芯片 读取当前物理环境中的噪声, 并据此获得随 机数, 更难预测.然而在牛顿力学的框架下, 即使影响随机数产生的变量非常多, 但在每 个变量的初始状态确定后, 整个系统的运行 状态及输出在原理上是可以预测的, 只是某 种更难预测的伪随机数. 量子力学的发现从根本上改变了这一局 面, 因为其基本物理过程具有经典物理中所 不具有的内禀随机性, 从而可以制造出真正 的随机数产生器. 量子纠缠内禀随机性就是量子叠加态测 量塌缩的随机性.量子纠缠也是一种量子叠 加态, 测量量子纠缠也会随机塌缩.把这种 量子测量的随机性应用到器件里, 就是量子 随机数发生器了.这种内禀随机性, 从量子 力学理论发展的初期就深深困扰着爱因斯坦、 薛定谔和温伯格等著名物理学家.1964 年, 美国物理学家贝尔通过对量子纠缠进行 关联测量, 发现量子力学和定域确定性理论 会对测量结果有着不同的预言.利用这个特 性即可开展贝尔实验检验, 从而判定量子力 学的基础是否完备和量子随机性是否存在. 贝尔理论提出后的几十年中, 世界众多科研 小组进行了大量实验, 量子力学和量子随机 性经受住了相关的实验检验.然而到目前为 止, 尚有两个漏洞需要关闭, 即自由选择漏洞 和塌缩的定域性漏洞. 潘建伟小组针对这两个漏洞, 分别利用观 察者自主选择和遥远星体发光产生的随机数, 于今年分别实验实现了超高损耗下和大量观 察者参与的贝尔实验检验.重要而有趣的是, 由于贝尔实验与量子内禀随机性存在着深刻 的内在联系, 贝尔实验的检验可以从根本上排 除定域确定性理论, 从而实现不依赖于器件的 量子随机数, 即器件无关量子随机数. 在现有的量子通信系统中, 如果采用自 己制备的或者可信制造商制备的量子随机数 产生器, 其安全性是可以得到保障的.但是 如果我们不小心采用了恶意第三方所制造的 器件, 就会发生随机数泄露.我们新的成果 则确保即使是使用不信任第三方的器件的情 况下, 也可以产生真随机数, 并且不会泄露, 从而确保通信的安全. 潘建伟说. 这类随机数发生器被认为是安全性最高 的随机数产生装置, 因此目前国际上纷纷开展 这种随机数产生器的研制工作, 美国国家标准 与技术研究院正计划利用器件无关的量子随 机数产生器建立新一代的随机数国家标准. 实现器件无关的量子随机数产生器在实验上具有极高的技术挑战: 整套随机数产 生装置需要以极高的效率进行纠缠光子的产生、 传输、 调制、 探测;

同时, 不同组件间需 要设置合适的空间距离, 才能以最高的安全 性保证任何窃听者不能通过内部通信伪造贝尔不等式测试的结果.潘建伟、 张强研究 组经过3年多的努力发展了高性能纠缠光源, 首先优化了纠缠光子收集、 传输、 调制等 环节的效率, 并采用上海微系统与信息技术 研究所开发的高效率超导单光子探测器, 实 现了高性能纠缠光源的高效探测;

然后通过 设计快速调制并进行合适的空间分隔设计, 满足了器件无关的量子随机数产生装置所需的类空间隔要求.最终, 在世界上首次实 现了可以防御量子攻击的器件无关量子随机数产生器. 该研究成果及后续研究工作将为密码学、 数值模拟以及需要随机性输入的各个领 域提供真正可靠的随机性来源.同时由于可 信任的随机数源是现实条件下量子通信安全 性的关键环节, 器件无关随机数的实验实现 也进一步确保了现实条件下量子通信的安全性. 未来, 中科大团队将建设高速稳定的器 件无关量子随机数产生装置, 通过提供基于 量子纠缠内禀随机性的、 高安全性的随机数, 争取形成新一代的随机数国际标准. 中国科学技术大学在国际上首次实现器件无关的量子随机数 有了它, 可防御量子攻击

本报记者 吴月辉 新学期开始了, 家校关系的讨论又 逐渐升温.有一种观点很典型: 教育孩 子是学校的事儿, 家长只要照顾好孩子 的生活起居就行了.这类认识说明, 很 多父母对如何成为一个称职的家长, 还 没有做好准备. 家庭是孩子的第一所学校, 父母是 孩子的第一任老师.如果把家庭视作一 个 工作岗位 , 家长则是一种 职业 . 从 职业 的角度看家长, 我们会发现, 其 具有典型的 三无 特性: 第一, 教育对象 无法选择.子女一出生即为父母的教育 对象.第二, 教育工作无法辞职.学校 教师有轮流更替, 父母则是终身制.第三, 教育遗憾无法弥补.父母教育孩子 是一张单程票, 无法返程, 犯下的错误、 留下的遗憾基本无法弥补. 现代社会中无论从事什么工作都要 经过专业培训, 家长也不例外.但现实 是, 绝大部分父母 无证上岗 .如何对家 长进行科学、 系统、 规范地培训, 让家长得 到应有的教育, 就显得格外重要. 中国有着悠久的家教传统, 孟母便 是中国古代母亲的杰出代表.三迁择邻、 断机劝学、 阻子休妻、 释子之忧等, 都 是经典教子故事, 对当今家风建设具有 很强的现实意义. 在山东邹城, 孟子研究院家长教育 学校开设了孟母大讲堂, 每周举办家长 教育公益讲座.学校还根据家长需求, 以生活化语言, 分阶段编撰家长教育教 材.学校秉持公益性原则, 免费长期向 广大家长开放. 家长好好学习、 子女天天向上 的口号, 在 家长中间引起热烈反响. 要将家长教育切实做好, 需要全社会的共同参与和努 力. 不论时代发生多大变化, 不论生活格局发生多大变化, 我们都要重视家庭建设, 注重家庭、 注重家教、 注重家风. 家长是家庭建设的第一责任人, 办好家长教育学校、 提高家 长教育的素养、 解决家庭教育的问题, 任重而道远. (作者为孟子研究院党委书记) 家长是职业教育不可缺赵永和新语 R 本报合肥

9 月19 日电 (记者孙振) 记者 从安徽省政府新闻发布会获悉: 《安徽省促进 科技成果转化行动方案》 (简称 《行动方案》 ) 近 日正式印发, 以解决目前安徽省可高质量转 化的科技成果相对不足, 科技成果转化的平 台建设滞后, 科技服务业发展不充分等问题. 《行动方案》 要求不断强化高质量科技成 果有效供给和引进, 深入推进各类科技成果 转化平台建设, 包括建设安徽科技大市场、 省 知识产权对接交易平台等.同时要重点推进 科技服务业发展, 包括大力培育高质量科技 中介服务机构, 推进建立市场化导向的科技 成果评价机制. 安徽省还将每年遴选并立项支持一批创 新度高、 市场前景好的科技成果, 着力解决科 技成果离市场应用还比较远的问题.培育和 发展全省统一的科技大市场, 成立公司制企 业法人或采取政府购买服务方式进行经营管 理,定期开展科技成果路演展示对接交易活动. 安徽力促科技成果转化 本报北京

9 月19 日电 (记者刘诗瑶) 记 者从自然资源部获悉:

16 日, 执行中国大洋

48 航次任务的 大洋一号 ........