科学家通过量子纠缠现象开发的真随机数生成技术正在突破传统物理随机源的局限。基于纠缠光子对的量子随机数生成器（QRNG）利用量子系统固有的不可预测性，实现了信息论安全级别的随机性输出。 ### 核心原

如何判断一个随机数是否真正随机？经典计算机算法只能生成伪随机数，任何掌握算法或系统知识的人都有可能操纵或预测下一个数字。正如魔术师能通过手法操控硬币保证正反结果，即使最谨慎的抛硬币行为也可能存在偏差——通过足够研究，其结果仍可被预测。

美国国家标准与技术研究院（NIST）物理学家克里斯托·沙姆指出："真正的随机性是宇宙中任何事物都无法提前预测的。"即使随机数生成器使用自然界中看似随机的过程，要验证这些数字的真实随机性仍充满挑战。

爱因斯坦曾认为自然界不存在随机性，其名言"上帝不会和宇宙玩骰子"广为人知。但科学家已证明爱因斯坦的错误。与骰子或计算机算法不同，量子力学本质具有随机性。通过实施名为贝尔测试的量子实验，沙姆团队将这种量子随机性转化为可追溯、可认证的随机数服务。

"如果上帝确实在与宇宙玩骰子，我们就能将其转化为宇宙允许的最佳随机数生成器，"沙姆解释道，"我们致力于将这个实验从实验室转化为实用的公共服务。"

为实现这一目标，NIST研究人员与科罗拉多大学博尔德分校合作创建了科罗拉多大学随机信标（CURBy）。该服务通过网站每日自动生成并发布随机数供公众使用。

该服务的核心是NIST运行的贝尔测试，其产生的真随机结果作为"原材料"，经后续处理转化为信标发布的随机数。

贝尔测试测量处于量子纠缠态的光子对——即使相隔遥远距离，其属性仍保持关联。单个粒子的测量结果是随机的，但光子对的关联性超越了经典物理允许的范围，使得研究人员能验证随机性。爱因斯坦将这种量子非局域性称为"鬼魅般的超距作用"。

这是首个利用量子非局域性作为随机源的服务，也是迄今为止最透明的随机数来源。其结果的认证性和可追溯性达到前所未有的水平。

"CURBy是首批具有可证明量子优势的公共服务之一，"沙姆强调，"与传统随机数生成器不同，这些随机比特的质量和来源可直接认证。"

NIST于2015年完成首个完整贝尔实验，确证量子力学的真随机性。2018年，该机构开创性地将这些贝尔测试转化为全球首批真随机源。

然而将量子关联转化为随机数是项艰巨工作。NIST早期突破性实验需要数月准备才能运行数小时，且收集足够数据生成512位真随机性耗时漫长。沙姆团队耗时数年构建自动化实验系统，现可按需提供随机数。在最初40天运行中，该协议7,454次尝试中成功7,434次，成功率高达99.7%。

该过程始于非线性晶体中生成的纠缠光子对。光子通过光纤传输至走廊两端的独立实验室，对其偏振态进行测量。这些测量结果具有真随机性，该过程每秒重复25万次。

NIST将数百万次"量子抛硬币"结果传输至科罗拉多大学的计算机程序。通过特殊处理步骤和严格协议，量子测量结果被转化为512位二进制随机码（0和1）。这种系统本质上成为了宇宙最佳的硬币抛掷装置。

研究团队新增了随机数生成全流程的追溯验证能力。他们开发了Twine协议——套量子兼容的区块链技术，允许多个实体协作生成和认证贝尔测试的随机性。该协议为每个信标数据集添加哈希值，通过数字指纹实现数据块识别与审查。

科罗拉多大学研究助理贾斯珀·帕尔弗里解释，Twine协议允许用户验证每个随机数背后的数据。该协议可扩展接入更多随机信标，构建多方参与、无人控制的随机网络。

哈希链的互嵌不仅形成时间戳，还将信标数据编织成可追溯结构，同时提供安全保障，使参与者能即时发现数据篡改。"Twine协议让我们将各信标编织成信任的织锦，"帕尔弗里补充道。

项目研究生高塔姆·卡夫里表示，将复杂量子物理问题转化为公共服务正是此项工作的价值所在。整个过程开源公开，任何人都可审查或基于该信标构建自己的随机数生成器。

CURBy可应用于需要独立公共随机源的场景，如陪审员遴选、审计抽样或公共资源分配抽签。"我们希望构建真正有用的系统——这既是基础科学的前沿探索，也是实际应用的创新突破，"卡夫里总结道，"NIST为我们提供了追求远大且实用项目的自由空间。"