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发布日期：2025-04-05 09:52 点击次数：115
3月26日，摩根大通、阿贡国度实验室、芝加哥大学、Quantinuum、德克萨斯大学、国立台湾大学、橡树岭橡树岭国度实验室的扣问东说念主员合营，在《Nature》期刊发表题为“Certified randomness using a trapped-ion quantum processor”（应用离子阱量子处理器已毕的认证立时性）的扣问论文。Minzhao Liu、Ruslan Shaydulin、Pradeep Niroula为论文共同第一作家露出，Ruslan Shaydulin、Charles Lim、Marco Pistoia为论文共同通讯作家。
摩根大通在新闻稿中提到：“这项扣问通过展示量子策动机的一项潜在应用已毕了一个关键里程碑。”本月12日，D-Wave发表《Science》声称“初次在践诺有用的问题上”（材料模拟问题）已毕了量子优厚性，摩根大通的这项恶果是否代表了量子策动践诺应用第二块里程碑呢？
本文展示了通过互联网拜谒56量子比特的Quantinuum H2-1离子阱量子策动机来生成可认证立时比特的过程。该左券应用了近期立时理会采样讲明所展现出的经典策动难度：客户端使用极少立时种子生成量子“挑战”理会，将其发送给弗成信的量子劳动器进行实施，并对劳动器的限度进行考据。扣问针对一类受限的、践诺中短期内可能存在的敌手分析了左券的安全性。通过在多台超等策动机上进行经典考据，其测得的详尽合手续性能为每秒1.1×10¹⁸次浮点运算，在这种受限敌手及独特假定条目下，认证了71，313比特的熵。扣问限度朝着已毕面前量子策动机的内容应用迈出了一步。
摩根大通全球时间应用扣问摆布兼隆起工程师Marco Pistoia博士默示：“这项责任标记着量子策动界限的一个首要里程碑，展示了使用量子策动机不断践诺寰球挑战的有狡计，这超越了面前经典超等策动机的才能范围。经认证立时性的这一进展露出出量子硬件的突出，并且关于进一步的扣问、统计采样、数值模拟和密码学都至关紧迫。”
一、扣问配景
量子策动机的出现，为不断诸多经典时间难以企及的问题带来了但愿。表面扣问标明，量子策动机在处理如大整数理会、求解指数范畴线性方程组、优化难题、学习特定函数以及模拟大型量子多体系统等方面展现出弘大的后劲。与此同期，谈判到量子纠错支拨和门操作速率等要素，面前已知的量子算法对资源的要求极高，使得近期的量子诞生，包括好多设思中的容错架构，都难以应允这些需求。因此，近期量子诞生能否在内容应用中发扬作用，还是一个有待探索的问题。
立时数生成是一个极具价值的扣问标的。立时数在信息安全、确保诸如陪审团遴选等过程的自制性等界限终点紧迫，但从第三方获取立时数时，考据其立时性和极新度成为关键挑战。关于彩票、电子游戏等应用场景而言，这一丝尤为紧迫，因为波及多方的交互需要保证公开分发的立时数是按需生成的。此外，可认证的立时数还能用于识别不憨厚方的举止。
以往基于贝尔不等式的立时数认证左券，天然在表面上提供了一种不断有狡计，但内容应用中存在难题。这些左券一样要求贝尔测试无破绽，但是当量子诞生由第三方提供时，客户端很难确保这一丝，这就使得客户端不得不信任第三方诞生提供商真是进行贝尔测试，增多了应用的风险和概略情味。在这么的配景下，扣问东说念主员积极探索新的设施，渴望应用量子策动的特质，已毕高效、可靠的可认证立时数生成。
二、表面设施
立时理会采样与考据左券
为已毕可认证立时数生成，扣问东说念主员提议衔尾立时理会采样（RCS）与经典考据的左券。客户端应用极少立时种子生成n -量子比特的挑阵理会，并发送给量子劳动器。劳动器需在短时辰内复返从这些理会输出漫衍中采样的长度为n的比特串，客户端通过策动XEB分数来考据劳动器复返的样本与理思输出漫衍的匹配进程。XEB分数的策动基于公式：
其中
是理忖思子策动机实施理会C时测量到比特串x的概率。淌若比特串是从富余深的立时理会的输出漫衍中齐备抽取的，XEB分数应接近1；若与理会诱导的漫衍不有关，则接近0。
图1：左券概述露出
安全性分析与熵量化
该左券的安全性基于假定：关于所谈判的伪立时理会族，不存在实用的经典算法能够诳骗左券中的XEB测试。扣问东说念主员通过构建受限但践诺的造反模子来分析左券安全性。假定造反劳动器对每个汲取到的理会，要么从量子策动机憨厚地采样输出，要么进行经典模拟。为通过XEB测试并尽量减少复返的熵，造反者会尝试用最少的量子样本达到阈值XEB分数。通过分析，扣问东说念主员量化了弗成信劳动器为达到给定XEB分数，在短时辰内必须提供的最小熵。这一量化限度为评估左券的安全性和可靠性提供了紧迫依据。
图2：造反模子与左券安全性
左券的肃穆性与妥当性
天然面前的左券安全性依赖于特定理会的难以模拟性，但扣问东说念主员也谈判到将来可能出现的时间变化。淌若开采出更好的精准模拟时间，敌手和客户端将对称受益，不会影响左券的安全性。而关于肖似模拟时间的显赫考订，客户端可通过修改挑阵理会集合来增多模拟难度，保合手左券的有用性。这种对潜在变化的谈判，体现了左券瞎想的肃穆性和妥当性，为其永恒应用提供了保险。
三、实验有狡计
实验选用Quantinuum H2-1囚禁离子量子处理器，通过互联网汉典拜谒。挑阵理会瞎想为具有固定的10层纠缠Uzz门，每层夹在悉数目子比特上的伪立时生成的SU(2)门之间。两量子比特门的胪列通过立时n节点图的边着色取得。这么的理会瞎想旨在增多经典模拟的难度，充分应用量子处理器的特质。
客户端将理会分组，每组包含2b个理会（b取15或20）。在提交每组理会前，先发送预检查理会Cprecheck 探伤诞生景象。提交理会后，劳动器需在Tb，cutoff = 2.5×2b秒内复返相应比特串，超时则该组数据作废。实验设定了多项参数，如XEB测试阈值即是0.3，平均每个样本的时辰阈值tthreshold= 2.2秒。这些参数基于初步实验详情，旨在确保憨厚劳动器能简略率告捷，同期退缩造反者通过经典模拟通过测试。
客户端采集到富尾数目的有用样本后，策动XEB分数。具体策动时，从采集的样本中立时抽取大小为m的子集，通过特定公式策动XEB分数。若XEB分数大于阈值且平均每个样本的时辰低于阈值tthreshold，则通过考据。通过考据后，客户端使用Toeplitz立时性提真金不怕火器处理样本，得到最终的立时数输出。实验中使用多台超等策动机（Frontier、Summit、Perlmutter和Polaris）进行考据，充分应用其刚劲的策动才能确保考据的准确性。
四、扣问恶果
实验告捷演示了基于RCS的可认证立时数左券。通过用心瞎想的挑阵理会和严格的考据过程，在应允特定条目下，认证了71，313比特的熵。这一恶果标明，应用量子处理器和经典考据相衔尾的形势，能够已毕可认证立时数的生成，为量子策动在内容应用中的拓展提供了有劲维持。
实验过程中，客户端输入用于生成伪立时理会的种子仅32比特，而最终提真金不怕火出71，273比特的立时数，已毕了立时数的膨胀。这意味着该左券在立时数生成方面具有高效性，能够以较少的启航点立时资源产生大都可认证的立时数，应允内容应用中对立时数数目和质料的需求。
探花黑丝图3：将来考订标的
扣问东说念主员分析了将来实验考订的标的。通过提高诞生保真度和实施速率，退换左券阈值和 tthreshold，有望进一步晋升左券的性能。举例，当保真度提高到0.67，反当令辰裁减到tQC=0.55秒时，左券的比特率可达到好意思国国度圭臬与时间扣问院（NIST）全球立时信标的水平（512比特/分钟）。这为后续扣问指明了标的，展示了该时间在将来具有宽绰的发展出路。
Quantinuum总裁兼首席实施官Rajeeb Hazra博士默示：“今天，咱们庆祝一个关键的里程碑，它将量子策动平定地带入了内容的践诺应用界限。咱们对经认证量子立时性的应用不仅展示了咱们离子阱时间无与伦比的性能，还为提供刚劲的量子安全性以及激动金融、制造业等行业的先进模拟设定了新的圭臬。在Quantinuum，咱们正在激动始创性的冲破，以重新界说各个行业，并开释量子策动的一王人后劲。”
“当我在2018年头次提议我的经认证立时性左券时，我完竣不知说念要等多久才能看到它的实验演示，”德克萨斯大学奥斯汀分校斯伦贝谢百年策动机科学讲席教训、量子信息中心主任Scott Aaronson教训默示：“我很欣喜摩根大通和Quantinuum现在在原始左券的基础上进行了拓展并已毕了它。这是朝着使用量子策动机为内容密码学应用生成经认证立时比特迈出的第一步。”
橡树岭国度实验室量子策动用户神色主任兼量子科学中心主任特Travis Humble博士默示：“这些量子策动恶果收成于橡树岭国度实验室、阿贡国度实验室和劳伦斯伯克利国度实验室中叶界最初的好意思国动力部策动重要。这么的始创性接力激动了策动界限的前沿发展，并为量子策动与高性能策动的交叉界限提供了精致的观点。”
五、主要扣问东说念主员
Minzhao Liu，摩根大通高档应用扣问助理，芝加哥大学普利兹克分子工程学院博士。扣问趣味趣味包括物资的拓扑相、量子信息和策动机科学。
Ruslan Shaydulin，量子信息科学行家，扣问重心是将量子策动机应用于优化和机器学习方面的问题，他在瞎想和已毕量子策动机的各个方面都领有丰富的训诫。在量子算法和量子-经典混划算法、从表面分析到造作缓解训诫丰富。
Charles Lim，摩根大通全球时间应用扣问的采集安全摆布，致力于开采下一代加密采集不断有狡计。面前在新加坡国立大学担任瞎想与工程学院的副教训（毕生教训）。2019年取得新加坡享有殊荣的国度扣问基金会（NRF）奖学金和国度后生科学家奖，以赏赐他在量子采集和密码学方面的责任。2021年，他被要求带领新加坡的国度量子安全采集。
Marco Pistoia，纽约大学博士，摩根大通全球时间应用扣问（前身为应用扣问与工程将来实验室）的董事总司理、隆起工程师和负责东说念主，负责带领量子策动、量子通讯、云采集、增强践诺和捏造践诺（AR/VR）、物联网 （IoT）以及区块链和密码学方面的扣问。他照旧好意思国专利商标局授予的250多项专利的发明者，以及300多项正在请求的专利，其中，40多项专利波及量子策动界限。
参考集合
[1]https://www.jpmorgan.com/technology/news/certified-randomness
[2]https://www.jpmorgan.com/technology/technology-blog/certified-randomness
[3]https://www.linkedin.com/news/story/jpmorgan-claims-quantum-leap-6367924/
[4]https://physics.uchicago.edu/events/event/2195/?past=y
[5]https://shaydul.in/CV.pdf
[6]https://www.jpmorgan.com/technology/applied-research/charles-lim
[7]https://www.jpmorgan.com/people/marco-pistoia
[8]https://www.nature.com/articles/s41586-025-08737-1
本文来自微信公众号：光子盒露出，作家：光子盒
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