摘自：《网络安全技术和产业动态》2023年第5期，总第35期。

量子随机数生成技术是指基于量子力学原理来生成随机数的技术。由于量子物理的内禀随机性质，对量子随机过程进行采集可以生成真随机数，其随机性是由量子力学随机性原理保证的。量子随机数生成技术基于量子力学的不确定性，既保证了生成的数值是真正的随机数，又满足了生成速度快，无需外部输入的条件。

目前已经出现了多种量子随机数生成技术，能够生成具有不可预测性、独立性和无偏性等特征的高质量随机数数字序列，可广泛应用在金融、电信、科学研究等领域。

01 技术发展情况

量子随机数生成技术发展经历了三个阶段。

最早的方法是基于单光子干涉实验，通过将光子分为两个路径再重新合并，利用光子的干涉效应生成随机数。但这种方法生成速度较慢。

随着技术的发展，研究人员提出了基于量子纠缠的随机数生成方法。量子纠缠是一种特殊的量子态，其中两个或多个粒子之间的状态相互关联。通过测量这些纠缠粒子的属性，可以生成高质量的随机数。然而，这种方法需要复杂的实验装置和技术。

近年来，量子随机数生成技术取得了重大突破。一方面，基于真空涨落的量子随机数发生器被提出，通过应用真空涨落，可以大大提高产生速率。另一方面，基于激光器相位噪声的量子随机数发生器也被研究，将激光器相位噪声应用于量子随机数发生器可以显著提高产生速率。

02 技术发展难点

1．量子随机数的提取：量子随机数是通过测量真空态的正则分量产生的。然而，由于真空噪声的不确定性，提取这些随机数是非常困难的。

2．量子随机数的输出：量子随机数需要能够方便地转换输出给其他电路或系统使用。这需要具备确保随机数安全性、可靠性和完整性的接口和协议。

3．量子随机数芯片化：量子随机数生成器的芯片化是要在有限的芯片尺寸和功耗限制下实现高效的随机数生成。必须考虑优化器件结构和电路布局，以及降低功耗和热噪声等问题。

03 技术产业落地情况

量子随机数芯片ID Quantique（IDQ），全球量子安全解决方案的领导者，于2020年发布了量子随机数发生器（QRNG）芯片。该芯片能够生成真随机数，为密码学和其他安全应用提供了高安全级别的保护。

SK电讯于2023年发布了量子密码芯片，该芯片是IDQ和韩国安全公司KCS合作开发的，其超轻、低功耗的芯片为物联网产品和设备提供安全支持，有助于保护整个物联网生态系统的安全。

北京中科国光量子科技有限公司研制成功真空噪声相位量子随机数芯片，速率可达50Gbps。该芯片能够满足信息安全领域对速率的要求，为加密通信、密码学、随机数生成等关键领域提供了强大的支持。

2022年，国际咨询机构ICV（International Cutting-edge-tech Vision）发布了《全球量子随机数发生器的产业研究报告》，认为量子随机数发生器应用范围广泛，其市场规模将随着5G和物联网的应用而爆发式增长，预计到2030年将超过200亿美元；产品类型中芯片形态的将占到72.7%；产品供应商则主要分布在中国、英国、瑞士和美国。

04 意见和建议

1．加大基础研究投入和力度，以应对当前量子系统中存在的噪声、干扰和误差问题，重点解决量子系统的稳定性和可控性问题。

2．加强产学研合作，鼓励企业与科研机构联合开展技术攻关和实用产品开发，推动量子随机数技术在更广泛领域商业化应用。

3．加快量子技术及应用相关的法规政策和技术标准建设，推动量子技术理论研究和应用实践。

中国网络安全产业联盟（CCIA）主办，北京中科国光量子科技有限公司供稿。

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