在现代社会中，随机数的应用无处不在。无论是司法系统中的陪审团抽选，还是彩票投注中的快速选号，甚至是税务稽查的抽查过程，都依赖于随机数生成器来保证选取的公平性和不可预测性。然而，传统随机数生成方式存在诸多漏洞，导致结果可能被预测、操控甚至篡改，严重影响使用场景的公正性和可信度。来自美国国家标准与技术研究院（NIST）及其合作机构的科学家们最新研发出一套全新的随机数生成协议，宣称能够实现真正“无作弊”的随机数生成，利用深奥的量子物理原理和冗余多机构信任机制，为社会提供一条可靠的随机性保证之路。传统随机数生成器常常基于计算机算法，这种方式产生的随机数被称为伪随机数。伪随机数虽然在表面上看似随机，但实质是按照一定的算法规则推导得出，一旦算法被破解或初始种子被泄露，后续的随机数序列也就不再神秘，安全性大打折扣。
举例来说，人们用键盘乱按字母产生的随机数序列也会因为具体的手指长度及键盘布局导出一定的规律，从而不能称为真正的随机。这种局限使得我们迫切需要一种“绝对随机”的生成机制。量子物理的世界为解决这一难题提供了天然的优势。微观粒子如光子在被测量之前处于一种叫“叠加态”的不确定状态，即粒子不存在明确的属性，只有在测量时其状态才被“确定”。这种内在的不确定性成为真正随机性的源泉。今时今日，科学家们利用量子纠缠现象，通过“无漏洞贝尔测试”实验设计了一套能够保证随机性无法被预知或操控的方案。
贝尔测试利用纠缠态的光子对，测量设置由真实随机事件决定，不存在事先设定的隐藏变量，确保生成的随机数具备无法复制的完美随机性。正因为所使用的设备本身有可能存在缺陷或被恶意控制，科学家们提出了所谓的“设备独立随机性”方案，依靠物理原则而非设备内在的可信性来保障生成结果的真实随机和安全。然而，在实际应用中如何确保整套系统没有被幕后操控，也是公众最关心的问题，尤其是在公开随机数信标的场景下。随机数信标在线广播新鲜随机数字，供所有人验证和使用，一旦数字提前被破解就会带来极大的风险。针对这一点，研究团队开发出了一种多机构联合运行的分布式信任架构。通过建立五条由三家独立机构分别运营的哈希链——类似于密码学中的指纹技术，任何篡改都可以被立刻发现。
它们相互编织，形成一个不可伪造的“防篡改收据”，确保每一步数据转换都公开透明，不容更改。整个生成过程起点是NIST的一束激光打击晶体，激发出一对纠缠光子。随后这对光子通过光纤传输到设在距离110米的两处测量站点——科罗拉多大学博尔德分校的两个独立实验室。在光子飞行期间，每个测量站根据即时随机选择的测量参数进行极化方向测量，实验生成的结果被转化为0或1的比特序列。正如研发负责人盖塔姆·卡武里（Gautam Kavuri）所言：“这是确保随机过程的极端谨慎方法，任何试图模拟这种随机性的人都必须实现超越光速的通讯，这在物理上是不可能的。”这种实验一分钟内可重复执行约1500万次，产生庞大的原始比特流。
经过紧密的质量控制测试，科大实验室利用算法过滤掉任何潜在的模式，再将结果与第三方机构提供的随机数样本合并处理，最终产出一组512位长的纯随机数字。庞大的组合空间——10的154次方种可能，远远超出宇宙中可观测原子总数，使得对数猜测或试图预知随机数彻底变得徒劳。经过长达40天、上千次的连续试验，团队测得每一次运行出现非完美随机性的概率低于1/18千万亿亿，此数字足以令几乎所有安全应用安心。值得注意的是，该协议允许多于三家机构参与，进一步分散信任责任，提升安全边际。除了生成具体随机数，有的机构或许扮演旁观者角色，作为第三方监管，负责监控事件记录并确认哈希链的透明度。更多参与方加入，意味着更少单点信任风险，信息和权限分散带来系统抗攻击性的增强。
此创新不仅解决了公众对随机数生成公正性的疑虑，而且为未来诸如区块链随机数、安全抽签、公投投票以及金融衍生品定价等领域提供了坚实基础。人们无需再担心抽选过程存在黑箱操作，或者数字早被内部人员操控。量子随机数发生器由物理法则天然赋予的不可预测性，结合密码学手段和制度设计的人为防护，重塑了社会对随机过程的信任机制。展望未来，随着技术的不断完善与多方合作的深化，我们有望见证更多公共领域引入这类科学前沿的随机性保障机制，赋能公平、公正和透明的社会治理。随机性的真正保障，也将成为科技助力社会诚信体系建设的重要基石。
