IBM云量子计算实现快速量子真随机数生成器的应用研究

本文主要探讨了IBM云平台上量子真随机数生成器（QTRNG）的应用，该技术在现代密码操作中具有重要价值。研究人员来自电子电气工程学院的SASTRA Deemed大学，在印度的Thanjavur。他们利用IBM Qiskit工具包，通过Hadamard门在实际量子计算设备（QCD）上构建了快速的QTRNG，以提高效率并确保随机数的真实性和唯一性。实验中，24比特随机数被生成并经过NIST标准的严格测试，验证了其统计特性和真随机性。 1. 引言 随着通信安全在全球范围内的日益重要，尤其是在个人和国际层面，对高效、安全的数据传输需求不断增长。这包括边缘计算、区块链和大数据等新兴信息技术，它们涉及到大量的敏感用户信息。随着计算能力的增强和数据量的爆炸式增长，数据安全问题变得越来越严峻。 2. 量子真随机数生成器（QTRNG） QTRNG利用量子物理原理生成真正随机的数据，避免了传统伪随机数生成器的周期性问题。在IBM云平台上，Qiskit作为一种易用的编程接口，使得研究人员能够方便地利用量子硬件，如Hadamard门，来实现QTRNG。Hadamard门的平方在量子寄存器上等效于一个单一的Adiabatic门，这一特性在实验中得到了验证。 3. 实验与分析 实验中，研究人员在24比特的量子系统上实现了QTRNG，产生的随机数的最小熵为0.0007244，最大熵值为0.999507，表明了高随机性。通过重复实验和重启测试进一步确认了随机性的本质。此外，这些随机数的统计特性根据美国国家标准与技术研究院（NIST）的SP800-90B和800-22标准进行了评估，确保了它们符合安全要求。 4. 结论与未来工作 本文的研究展示了IBM云平台在量子随机数生成领域的潜力，为提升密码系统的安全性提供了新的途径。未来的工作可能涉及扩展量子位数，优化QTRNG的效率，以及在更广泛的场景中应用量子随机数，如加密、网络安全和数据分析等领域。 5. 技术与应用前景 随着量子计算的发展，QTRNG将对加密算法、随机数生成标准以及整个信息安全领域产生深远影响。结合IBM云平台的易用性，这项技术有望加速量子计算在实际应用中的普及，特别是在那些对随机性有严格要求的领域。 6. 许可与版权 本研究文章遵循了开放访问协议，版权归作者所有，由爱思唯尔公司代表沙特国王大学出版，发布在CC BY-NC-ND 4.0许可下，允许非商业性的复制和分发，但不得进行修改。