第18章 打造自己的“量子隨機數發生器” （1/3）

打造自己的“量子隨機數發生器”

#### 第十九章：打造自己的“量子隨機數發生器”

上科大的冬天，溼冷入骨，但江知夏的宿舍裏卻熱得像夏天。

自從那天在圖書館被陳默“點醒”後，江知夏就像變了一個人。他不再執着於那些虛無縹緲的理論推導，而是把所有的精力都投入到了那個讓他魂牽夢繞的想法上——做一個屬於自己的量子隨機數發生器（RNG）。

這個念頭並非一時興起。在布達佩斯比賽時，他曾聽一位教授提起過：“真正的隨機，是上帝的骰子。誰能掌握它，誰就掌握了信息安全的終極鑰匙。”

當時江知夏只是覺得酷，但現在，他想親手把這把“鑰匙”造出來。

“知夏，你確定要搞這個？”

週末的實驗室裏，陳默看着江知夏列出的採購清單，眉頭皺成了川字，“這可是個無底洞。單光子探測器、FPGA開發板、高速示波器……這一套下來，少說也要幾萬塊。而且，這通常是研究生團隊才玩的東西。”

“我知道。”江知夏正在調試示波器，眼神專注，“但我查過了，有一種基於真空漲落的方案，不需要那麼昂貴的單光子源，只需要一個普通的激光器和平衡零拍探測器。成本可以控制在幾千塊以內。”

“幾千塊？”陳默瞪大了眼睛，“你是想造個玩具嗎？”

“不，我要造個能用的。”江知夏轉過頭，目光灼灼，“我要用它來生成真正的密鑰，給我的文檔加密。”

陳默看着他，沉默了幾秒，然後笑了：“行吧，瘋子。算我一個。我負責電路焊接，你負責算法。”

接下來的一個月，江知夏和陳默幾乎住在了實驗室。

他們從淘寶上淘來各種電子元器件，像兩個拼裝樂高積木的孩子，在麪包板上搭建着複雜的光路。

然而，現實比想象要殘酷得多。

第一次測試，激光器一開，示波器上的波形就亂成了一團麻。

“噪聲太大了！”江知夏抓着頭髮，看着屏幕上那條几乎被噪聲淹沒的信號線，“這根本不是量子噪聲，這是電路的熱噪聲和環境干擾！”

“我檢查過電路了，接地沒問題。”陳默也急得滿頭大汗，“是不是光路沒對準？”

兩人趴在實驗臺上，拿着微米級的調節架，一點點地調試光路。眼睛盯着激光束，不一會兒就被刺得流淚。

“不行，還是不行。”江知夏頹然地坐在地上，“理論上是完美的，爲甚麼做出來就是垃圾？”

這時，實驗室的門被推開了。

是那位年輕的海歸教授，李教授。他手裏拿着兩杯咖啡，顯然是路過看到燈光進來的。

“遇到瓶頸了？”李教授把咖啡遞給他們，看了一眼示波器，“典型的信噪比過低。你們在試圖從大象的腳印裏找螞蟻。”

“李老師，我們是不是方向錯了？”江知夏沮喪地問。

“方向沒錯，但方法太笨。”李教授指了指屏幕，“你們在用模擬電路直接放大信號，這當然會被熱噪聲淹沒。爲甚麼不試試數字域處理？”

“數字域？”江知夏眼睛一亮。

“對。把模擬信號數字化，然後用算法提取隨機性。”李教授笑了笑，“我記得你以前在省選的時候，用過甚麼……蒙特卡洛？或者差分法？爲甚麼不試試用哈希函數來處理這些看似雜亂的數據？”

一語驚醒夢中人！

江知夏猛地站起來：“馮諾依曼提取器！或者用SHA-256算法對原始數據進行哈希運算，把偏置的隨機源變成均勻的隨機數！”

“沒錯。”李教授點點頭，“物理層解決不了的問題，用信息層來解決。這就是交叉學科的魅力。”

李教授走後，實驗室裏再次燃起了戰火。

江知夏坐在電腦前，瘋狂地敲擊鍵盤。他不再糾結於電路的完美，而是把重點放在了後處理算法上。

他寫了一個Python腳本，實時採集示波器的數據，然後進行二值化、異或運算和哈希處理。

“陳默，把激光器的功率調大一點！”

“好嘞！”