随机数在现代社会的重要性日益凸显。无论是在密码学、安全传输、科学模拟，还是在日常生活中的决策分配，随机数都扮演着不可或缺的角色。传统上，我们依赖伪随机数生成器，这些算法生成的数字在表面上看起来随机，实则基于确定性规律，这使得它们存在被预测和操纵的风险。随着网络攻击的日益复杂，如何获取真正的随机数成为国家安全和信息保障的难题。近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）联合科罗拉多大学博尔德分校，开发出基于量子力学的真随机数生成服务，即“科罗拉多大学随机信标（CURBy）”，标志着随机数生成技术迈入新的里程碑。量子力学的核心在于其固有的随机性。
与经典物理中的确定性不同，量子现象的某些测量结果是彻底不可预测的。NIST的研究团队通过对量子纠缠光子进行贝尔测试，真实捕捉到量子系统的非局域性特质，从而获得真正随机的测量结果。贝尔测试验证了远距离纠缠粒子之间超越经典物理解释的强关联性，这种非局域性成为随机数生成的坚实理论基础。借助这种量子现象，CURBy自动生成符合最高随机性标准的数字序列，将它们通过公开网络每日发布，任何用户均可访问。该系统的高成功率达到了99.7%，每日可生成数百兆位的随机数，显著提高了之前依赖人工操作的实验效率。整个流程始于非线性晶体产生纠缠光子对，两光子被分别送往相距数米的实验室内，测量它们的偏振状态。
每一对测量结果的组合既随机又具有可验证的非经典相关。通过大学的专门算法，将数百万次测量数据转化为512位高质量随机位。值得一提的是，除了量子物理层面的创新，整个随机数生成还引入了区块链技术，强化数据的透明性和安全性。Twine协议作为一种兼容量子特性的区块链技术，确保每组随机数据都附带唯一的数字指纹哈希，使全球用户能实时验证数据的真实性与完整性。这创造了一个开放且去中心化的随机数生成网络，任何人都可参与或监督，进一步降低操控风险。CURBy的开放源代码策略同样让相关技术走出实验室，促进科研人员和开发者在全球范围内进行协作、改进和创新。
随机数的真实随机性对密码学安全性至关重要。传统伪随机数生成器因算法可逆或初始化参数可泄露，易被破解，引发隐私泄露及金融安全隐患。而基于量子随机性的系统由于量子测量结果的不可预测性，提供了理论上不可被预知的数字序列，从根本上提升了保密措施的安全防护水平。近年来，随着量子计算的兴起，量子随机数生成技术也成为密码学界的研究热点。随机数广泛应用于密钥生成、数字签名及零知识证明等领域。NIST基于贝尔测试的全自动量子随机数生成器，兼具高效性与安全性，为未来抗量子攻击密码算法奠定坚实基础。
此外，CURBy的应用场景延伸至司法、政府抽样、数据加密和科学随机模拟中。例如，用于公平抽签选举陪审团、随机审计企业财务、分配公共资源等多种公共服务场合，保证流程的公平性和不可篡改性。量子随机数生成还有助于加强模拟仿真真实性，提升天气预报、金融风险分析及材料科学研究的精度。此项技术突破不仅证实了爱因斯坦“上帝不掷骰子”的观点并非绝对，还充分体现了量子非局域性在基础科学和工程技术中的实际价值。从基础科学角度看，贝尔测试及其衍生应用验证了量子力学的无可辩驳的随机本质，并成功将物理学基本理论转化为实际可用的技术工具。未来，随着量子硬件的发展，越来越多的量子随机数生成器将投入商业化应用，推动全社会的信息安全防线全面升级。
总之，基于量子纠缠和非局域性的真随机数生成技术，代表了当前随机数生成领域的革命性进展。NIST和科罗拉多大学推出的公开服务，让真正无可预测、可验证的随机数触手可及，极大增强了数字时代的安全保障和公众信任。处于量子力学核心的这种随机性不仅满足当下技术需求，也将引领未来多领域创新应用，推动人类社会向更加安全、公正与透明的数字化时代迈进。
