全球信息流的有序运转在很大程度上依赖于安全性，而这种安全性的核心正是随机性。现代加密技术以其不可预测性为基础，以避免被破解，其中最强大的不可预测形式便是随机性。在一项最新研究中，研究人员描述了一种放大这种随机性的新方法。

随机数生成器早已存在，但它们常常存在微妙的缺陷，导致模式的出现。即使是强大的计算机也受制于这一弱点，仅仅因为它们使用传统的晶体管来生成二进制代码（1和0），而这些代码是计算机存储数据和进行计算的基础。

瑞士联邦理工学院苏黎世分校（ETH Zurich）的物理学教授、研究团队成员雷纳托·雷纳（Renato Renner）表示：“任何像手机或电脑这样的传统电子设备都是完全确定性的，因此计算机或任何其他电子设备实际上很难生成一个随机值。它无法像抛硬币那样，因为逻辑层面上发生的一切基本上都是完全可预测的。”

虽然这些数字乍看之下可能显得随机，但量子计算机能够识别出即使是最模糊的模式，从而破解密码。雷纳指出：“不可预测性非常重要，因为这就是对手会用来攻击它的方式——试图预测密码的一部分，甚至是完整的密码或密钥的一部分。”

这正是新系统发挥作用的地方。量子比特是量子计算机中信息的基本组成部分，它们不以二进制形式存在。相反，量子比特可以存在于无限多种状态中，只有在测量其位置时才会坍缩成单一状态。在周三发表于《自然》杂志上的一篇论文中，雷纳和他的同事们描述了双量子比特系统如何生成真正的随机性。

科学家们将两个量子比特纠缠在一起，它们被保持在接近绝对零度的温度下，并放置在一条30米长的管子的两端。当这两个量子比特纠缠时，它们共享相同的位置——换句话说，如果测量两者，将得到相同的输出。雷纳表示，长管是必要的，以确保足够的物理分离，从而避免任何外部变量对结果产生偏差。

雷纳说：“要真正确定它不可预测，我需要一个过程，让我确信这个过程不受经典物理学的描述。”

在一项实验中，一张绵羊的照片通过该系统运行，其像素被转化为随机性。研究表明，由此产生的颜色和斑点混乱，即使使用量子计算机也无法重新组合。

为了进一步测试他们的系统，研究人员进行了一项被称为贝尔测试（Bell test）的实验，该测试分析量子系统是否存在任何可能受到经典物理学影响的迹象。

雷纳在ETH Zurich的同事、该研究的共同作者安德烈亚斯·瓦尔拉夫（Andreas Wallraff）表示：“我们的设置允许以高质量和快速的速率运行多次贝尔测试。在我们的实验中，我们运行了大约15亿次贝尔测试，以创建可认证的随机结果，然后这些结果被用于雷纳和他的团队开发的算法中，以生成这种经过认证的随机性。”

虽然之前的实验也能够生成随机性，但雷纳表示，引入第二个量子比特作为验证措施是新的突破。这一发展增强了信任度，而信任度是稳固加密的另一个基本组成部分。

商用量子计算机的普及仍需时日，但雷纳和瓦尔拉夫工作的实际意义已然显现。雷纳指出，维基百科上有一个专门的页面，列举了许多仅因密码学随机性不完美而得以实现的黑客攻击。

他表示：“这正是我们解决的问题，这是一个当前存在的问题，不仅仅是后量子密码时代的挑战，当然，它也将持续存在。”

他补充道：“我认为密码学将永远依赖于良好的随机性，无论它是针对传统对手还是未来的量子对手。”