論文鏈接https://www.nature.com/articles/s41586-018-0559-3
隨機數在科學研究和日常生活中都有著重要的應用：例如，天氣預報、新藥研發、新材料設計和核武器研製等領域，常常需要通過數值模擬進行計算，而數值模擬的關鍵就是要有大量隨機數的輸入；在遊戲和人工智能等領域，需要使用隨機數來控制系統的演化；在通信安全和現代密碼學等領域，則需要第三方完全不知道的隨機數作為安全性的基礎。
以往通常有兩類獲取隨機數的途徑：基於軟件算法實現或基於經典熱噪聲實現。軟件算法實現的隨機數是利用算法根據輸入的隨機數種子給出均勻分佈的輸出。然而，對於確定的輸入，固定的算法將給出確定的輸出序列，從這個角度上來說，這類隨機數本質上是確定性的，並不真正隨機。基於經典熱噪聲的隨機數芯片讀取當前物理環境中的噪聲，並據此獲得隨機數。這類裝置相對於基於軟件算法的實現，由於環境中的變量更多，因此更難預測。然而在牛頓力學的框架下，即使影響隨機數產生的變量非常多，但在每個變量的初始狀態確定後，整個系統的運行狀態及輸出在原理上是可以預測的，因此這一類裝置也是基於確定性的過程，只是某種更難預測的偽隨機數（pseudo random number）。量子力學的發現從根本上改變了這一局面，因為其基本物理過程具有經典物理中所不具有的內稟隨機性，從而可以製造出真正的隨機數（true random number）產生器。
量子力學這種內稟的概率特性，從量子力學理論發展的初期就一直深深困擾著愛因斯坦、薛定諤和溫伯格等重要物理學家。愛因斯坦堅信“上帝是不會擲骰子的” (God does not play dice)，他認為一定存在著一個更高的確定性理論，量子力學只是該理論的近似，而量子力學的內稟隨機性則只是因為我們不瞭解這種理論而帶來的誤解。愛因斯坦和薛定諤等人提出了量子糾纏的概念，試圖用量子糾纏這種奇怪的量子狀態來論證量子力學基礎的不完備和量子隨機性的荒謬。而以玻爾為首的哥本哈根學派則捍衛量子隨機性，認為量子力學的基礎是完備的。兩個學派進行了長達30年的爭論，但在當時，兩種觀念沒能給出在實驗上可以加以嚴格區分的精確預言，所有的爭論都侷限於哲學層面。直到1964年，美國物理學家貝爾發現通過對量子糾纏進行關聯測量，量子力學和定域確定性理論會對測量結果有著不同的預言。利用這個特性即可開展貝爾實驗檢驗，從而判定量子力學的基礎是否完備和量子隨機性是否存在。
貝爾的理論提出之後的幾十年中，世界各國的眾多科研小組進行了大量的實驗，量子力學和量子隨機性經受住了相關的實驗檢驗。然而到目前為止，尚有兩個漏洞需要關閉，即自由選擇漏洞(freedom-of-choice loophole)和塌縮的定域性漏洞（collapse locality loophole）。潘建偉小組長期從事量子力學基礎檢驗，針對這兩個漏洞，他們分別利用觀察者自主選擇和遙遠星體發光產生的隨機數，於今年分別實驗實現了超高損耗下和有觀察者參與的貝爾實驗檢驗，文章先後發表在《物理評論快報》[Phys. Rev. Lett. 120，140405 (2018)]、[Phys. Rev. Lett. 21，080404 (2018)]和《自然》雜誌[Nature 557, 212 (2018)]雜誌上，為最終實現無漏洞貝爾實驗檢驗奠定堅實的科學和技術基礎。
重要而有趣的是，由於貝爾實驗與量子內稟隨機性存在著深刻的內在聯繫，貝爾實驗的檢驗可以從根本上排除定域確定性理論，從而實現不依賴於器件的量子隨機數，即器件無關量子隨機數。這類隨機數發生器被認為是安全性最高的隨機數產生裝置，即使採用惡意第三方製造的組件，或者竊聽者擁有計算能力最強的量子計算機，也無法預測或獲知它所產生的隨機數。因此目前國際上紛紛開展這種隨機數產生器的研製工作，美國國家標準局（NIST）正計劃利用器件無關的量子隨機數產生器建立新一代的隨機數國家標準。
基於量子糾纏的量子隨機數產生示意圖
實現器件無關的量子隨機數產生器在實驗上具有極高的技術挑戰：整套隨機數產生裝置需要以極高的效率進行糾纏光子的產生、傳輸、調製、探測；同時，不同組件間需要設置合適的空間距離以滿足類空間隔要求，才能以最高的安全性保證任何竊聽者不能通過內部通信偽造貝爾不等式測試的結果。
潘建偉、張強研究組在此前系列貝爾實驗中發展的技術基礎上，經過三年多的努力發展了高性能糾纏光源，首先優化了糾纏光子收集、傳輸、調製等效率，並採用中科院上海微系統所開發的高效率超導單光子探測器件，實現了高性能糾纏光源的高效探測（[Phys. Rev. Lett. 120，010503 (2018)]）；然後通過設計快速調製並進行合適的空間分隔設計，滿足了器件無關的量子隨機數產生裝置所需的類空間隔要求。最終，在世界上首次實現了器件無關的量子隨機數產生器。
器件無關量子隨機數實驗裝置
該工作及後續工作將為密碼學和數值模擬以及需要隨機性輸入的各個領域提供真正可靠的隨機性來源，同時由於可信任的隨機數源是現實條件下量子通信安全性的關鍵環節，器件無關隨機數的實驗實現也進一步確保了現實條件下量子通信的安全性。未來，中國科大團隊將建設高速穩定的器件無關量子隨機數產生裝置，通過提供基於量子糾纏內稟隨機性的、高安全性的隨機數，爭取形成新一代的國家隨機數標準。
該研究工作得到了中科院、科技部、國家自然科學基金委、教育部和安徽省的支持。
另據中科大新創基金會報道，2018年9月20日，中科大993校友陳鷗博士等以重磅Nature論文向中國科大六十週年校慶獻禮！陳鷗1999年從北京101中學考入中國科大化學物理系學習；2010年獲得佛羅里達大學博士學位；其後曾為麻省理工學院博士後研究員，現為布朗大學助理教授。
陳鷗教授的論文題為《Superstructures generated from truncated tetrahedral quantum dots》，值得說明的該文章除通訊作者陳鷗，其餘8位作者中還有2位譚銳博士（02206）與李銳鵬博士（9914）也都是中國科大校友。前述三位均為中國科大化學材料學院畢業生。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0512-5#author-information
陳鷗早在8月中已告知新創基金會他的自然成果被接收。但直到新創基金會致電他並不知論文已在自然雜誌官網上線。他高興的表示“果真是和潘老師的一起呀，太巧了！給科大獻禮啦”。陳鷗博士對中國科大的教育深懷感激。2018年8月，他曾表示非常感謝北京招生組把他帶到科大；真的只有科大讓他考慮去讀博，走上化學家之路。
陳鷗聽說潘之隊在9月20日凌晨以頂級科學期刊《自然》為母校祝壽時表示：見賢思齊！向潘教授學習！俺也來一篇唄！（注：這句話別當真哈）
9月20日，布朗大學官網以《用金字塔形納米量子點搭出世界最複雜超晶格結構》報道了陳鷗教授的成果。https://news.brown.edu/articles/2018/09/ttqd。
中國科學技術大學1958年9月創建於北京，首任校長由郭沫若兼任。她的創辦被稱為“我國教育史和科學史上的一項重大事件”。建校後，中國科學院實施“全院辦校，所繫結合”的辦學方針，學校緊緊圍繞國家急需的新興科技領域設置系科專業，創造性地把理科與工科即前沿科學與高新技術相結合，注重基礎課教學，高起點、寬口徑培養新興、邊緣、交叉學科的尖端科技人才，彙集了嚴濟慈、華羅庚、錢學森、趙忠堯、郭永懷、趙九章、貝時璋等一批國內最有聲望的科學家，建校第二年即被列為全國重點大學。
1970年初，學校遷至安徽省合肥市，開始了第二次創業。1978年以後，學校銳意改革、大膽創新，在全國率先提出並實施了一系列具有創新精神和前瞻意識的教育改革措施，創辦少年班、首建研究生院、建設國家大科學工程、面向世界開放辦學等，使學校得以恢復並迅速發展。學校是國家首批實施“985工程”和“211工程”的大學之一，也是唯一參與國家知識創新工程的大學。長期以來，學校始終堅持“全院辦校、所繫結合”的辦學方針，弘揚“紅專並進，理實交融”的校風，形成了不斷開拓創新的優良傳統，以及教學與科研相結合、理論與實踐相結合的鮮明特色，培養了一大批德才兼備的高層次優秀人才。學校面向世界科學前沿領域和國家重大需求，凝練科學目標，開展科學研究，努力提高學術研究水平和科研創新能力與科研競爭力，取得了一批具有世界領先水平的原創性科技成果。在新的歷史起點上，學校加快建設具有中國特色、科大風格的世界一流大學，在國家“雙一流”建設中，入選A類世界一流大學建設高校。
學校現有20個學院（含6個科教融合共建學院）、31個系，設有研究生院，以及蘇州研究院、上海研究院、北京研究院、先進技術研究院、中國科學技術大學附屬第一醫院（安徽省立醫院）等。有數學、物理學、力學、天文學、生物科學、化學共6個國家理科基礎科學研究和教學人才培養基地和1個國家生命科學與技術人才培養基地，8個一級學科國家重點學科，4個二級學科國家重點學科，2個國家重點培育學科，18個安徽省一級學科重點學科。建有國家同步輻射實驗室、合肥微尺度物質科學國家研究中心、火災科學國家重點實驗室、核探測與核電子學國家重點實驗室、類腦智能技術與應用國家工程實驗室、語音及語言信息處理國家工程實驗室、量子信息與量子科技前沿協同創新中心、國家高性能計算中心（合肥）、安徽蒙城地球物理國家野外科學觀測研究站等12個國家級科研機構、4個國家重點科技基礎設施和55個院省部級重點科研機構。
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