论文链接https://www.nature.com/articles/s41586-018-0559-3
随机数在科学研究和日常生活中都有着重要的应用：例如，天气预报、新药研发、新材料设计和核武器研制等领域，常常需要通过数值模拟进行计算，而数值模拟的关键就是要有大量随机数的输入；在游戏和人工智能等领域，需要使用随机数来控制系统的演化；在通信安全和现代密码学等领域，则需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。
以往通常有两类获取随机数的途径：基于软件算法实现或基于经典热噪声实现。软件算法实现的随机数是利用算法根据输入的随机数种子给出均匀分布的输出。然而，对于确定的输入，固定的算法将给出确定的输出序列，从这个角度上来说，这类随机数本质上是确定性的，并不真正随机。基于经典热噪声的随机数芯片读取当前物理环境中的噪声，并据此获得随机数。这类装置相对于基于软件算法的实现，由于环境中的变量更多，因此更难预测。然而在牛顿力学的框架下，即使影响随机数产生的变量非常多，但在每个变量的初始状态确定后，整个系统的运行状态及输出在原理上是可以预测的，因此这一类装置也是基于确定性的过程，只是某种更难预测的伪随机数（pseudo random number）。量子力学的发现从根本上改变了这一局面，因为其基本物理过程具有经典物理中所不具有的内禀随机性，从而可以制造出真正的随机数（true random number）产生器。
量子力学这种内禀的概率特性，从量子力学理论发展的初期就一直深深困扰着爱因斯坦、薛定谔和温伯格等重要物理学家。爱因斯坦坚信“上帝是不会掷骰子的” (God does not play dice)，他认为一定存在着一个更高的确定性理论，量子力学只是该理论的近似，而量子力学的内禀随机性则只是因为我们不了解这种理论而带来的误解。爱因斯坦和薛定谔等人提出了量子纠缠的概念，试图用量子纠缠这种奇怪的量子状态来论证量子力学基础的不完备和量子随机性的荒谬。而以玻尔为首的哥本哈根学派则捍卫量子随机性，认为量子力学的基础是完备的。两个学派进行了长达30年的争论，但在当时，两种观念没能给出在实验上可以加以严格区分的精确预言，所有的争论都局限于哲学层面。直到1964年，美国物理学家贝尔发现通过对量子纠缠进行关联测量，量子力学和定域确定性理论会对测量结果有着不同的预言。利用这个特性即可开展贝尔实验检验，从而判定量子力学的基础是否完备和量子随机性是否存在。
贝尔的理论提出之后的几十年中，世界各国的众多科研小组进行了大量的实验，量子力学和量子随机性经受住了相关的实验检验。然而到目前为止，尚有两个漏洞需要关闭，即自由选择漏洞(freedom-of-choice loophole)和塌缩的定域性漏洞（collapse locality loophole）。潘建伟小组长期从事量子力学基础检验，针对这两个漏洞，他们分别利用观察者自主选择和遥远星体发光产生的随机数，于今年分别实验实现了超高损耗下和有观察者参与的贝尔实验检验，文章先后发表在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 120，140405 (2018)]、[Phys. Rev. Lett. 21，080404 (2018)]和《自然》杂志[Nature 557, 212 (2018)]杂志上，为最终实现无漏洞贝尔实验检验奠定坚实的科学和技术基础。
重要而有趣的是，由于贝尔实验与量子内禀随机性存在着深刻的内在联系，贝尔实验的检验可以从根本上排除定域确定性理论，从而实现不依赖于器件的量子随机数，即器件无关量子随机数。这类随机数发生器被认为是安全性最高的随机数产生装置，即使采用恶意第三方制造的组件，或者窃听者拥有计算能力最强的量子计算机，也无法预测或获知它所产生的随机数。因此目前国际上纷纷开展这种随机数产生器的研制工作，美国国家标准局（NIST）正计划利用器件无关的量子随机数产生器建立新一代的随机数国家标准。
基于量子纠缠的量子随机数产生示意图
实现器件无关的量子随机数产生器在实验上具有极高的技术挑战：整套随机数产生装置需要以极高的效率进行纠缠光子的产生、传输、调制、探测；同时，不同组件间需要设置合适的空间距离以满足类空间隔要求，才能以最高的安全性保证任何窃听者不能通过内部通信伪造贝尔不等式测试的结果。
潘建伟、张强研究组在此前系列贝尔实验中发展的技术基础上，经过三年多的努力发展了高性能纠缠光源，首先优化了纠缠光子收集、传输、调制等效率，并采用中科院上海微系统所开发的高效率超导单光子探测器件，实现了高性能纠缠光源的高效探测（[Phys. Rev. Lett. 120，010503 (2018)]）；然后通过设计快速调制并进行合适的空间分隔设计，满足了器件无关的量子随机数产生装置所需的类空间隔要求。最终，在世界上首次实现了器件无关的量子随机数产生器。
器件无关量子随机数实验装置
该工作及后续工作将为密码学和数值模拟以及需要随机性输入的各个领域提供真正可靠的随机性来源，同时由于可信任的随机数源是现实条件下量子通信安全性的关键环节，器件无关随机数的实验实现也进一步确保了现实条件下量子通信的安全性。未来，中国科大团队将建设高速稳定的器件无关量子随机数产生装置，通过提供基于量子纠缠内禀随机性的、高安全性的随机数，争取形成新一代的国家随机数标准。
该研究工作得到了中科院、科技部、国家自然科学基金委、教育部和安徽省的支持。
另据中科大新创基金会报道，2018年9月20日，中科大993校友陈鸥博士等以重磅Nature论文向中国科大六十周年校庆献礼！陈鸥1999年从北京101中学考入中国科大化学物理系学习；2010年获得佛罗里达大学博士学位；其后曾为麻省理工学院博士后研究员，现为布朗大学助理教授。
陈鸥教授的论文题为《Superstructures generated from truncated tetrahedral quantum dots》，值得说明的该文章除通讯作者陈鸥，其余8位作者中还有2位谭锐博士（02206）与李锐鹏博士（9914）也都是中国科大校友。前述三位均为中国科大化学材料学院毕业生。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0512-5#author-information
陈鸥早在8月中已告知新创基金会他的自然成果被接收。但直到新创基金会致电他并不知论文已在自然杂志官网上线。他高兴的表示“果真是和潘老师的一起呀，太巧了！给科大献礼啦”。陈鸥博士对中国科大的教育深怀感激。2018年8月，他曾表示非常感谢北京招生组把他带到科大；真的只有科大让他考虑去读博，走上化学家之路。
陈鸥听说潘之队在9月20日凌晨以顶级科学期刊《自然》为母校祝寿时表示：见贤思齐！向潘教授学习！俺也来一篇呗！（注：这句话别当真哈）
9月20日，布朗大学官网以《用金字塔形纳米量子点搭出世界最复杂超晶格结构》报道了陈鸥教授的成果。https://news.brown.edu/articles/2018/09/ttqd。
中国科学技术大学1958年9月创建于北京，首任校长由郭沫若兼任。她的创办被称为“我国教育史和科学史上的一项重大事件”。建校后，中国科学院实施“全院办校，所系结合”的办学方针，学校紧紧围绕国家急需的新兴科技领域设置系科专业，创造性地把理科与工科即前沿科学与高新技术相结合，注重基础课教学，高起点、宽口径培养新兴、边缘、交叉学科的尖端科技人才，汇集了严济慈、华罗庚、钱学森、赵忠尧、郭永怀、赵九章、贝时璋等一批国内最有声望的科学家，建校第二年即被列为全国重点大学。
1970年初，学校迁至安徽省合肥市，开始了第二次创业。1978年以后，学校锐意改革、大胆创新，在全国率先提出并实施了一系列具有创新精神和前瞻意识的教育改革措施，创办少年班、首建研究生院、建设国家大科学工程、面向世界开放办学等，使学校得以恢复并迅速发展。学校是国家首批实施“985工程”和“211工程”的大学之一，也是唯一参与国家知识创新工程的大学。长期以来，学校始终坚持“全院办校、所系结合”的办学方针，弘扬“红专并进，理实交融”的校风，形成了不断开拓创新的优良传统，以及教学与科研相结合、理论与实践相结合的鲜明特色，培养了一大批德才兼备的高层次优秀人才。学校面向世界科学前沿领域和国家重大需求，凝练科学目标，开展科学研究，努力提高学术研究水平和科研创新能力与科研竞争力，取得了一批具有世界领先水平的原创性科技成果。在新的历史起点上，学校加快建设具有中国特色、科大风格的世界一流大学，在国家“双一流”建设中，入选A类世界一流大学建设高校。
学校现有20个学院（含6个科教融合共建学院）、31个系，设有研究生院，以及苏州研究院、上海研究院、北京研究院、先进技术研究院、中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）等。有数学、物理学、力学、天文学、生物科学、化学共6个国家理科基础科学研究和教学人才培养基地和1个国家生命科学与技术人才培养基地，8个一级学科国家重点学科，4个二级学科国家重点学科，2个国家重点培育学科，18个安徽省一级学科重点学科。建有国家同步辐射实验室、合肥微尺度物质科学国家研究中心、火灾科学国家重点实验室、核探测与核电子学国家重点实验室、类脑智能技术与应用国家工程实验室、语音及语言信息处理国家工程实验室、量子信息与量子科技前沿协同创新中心、国家高性能计算中心（合肥）、安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站等12个国家级科研机构、4个国家重点科技基础设施和55个院省部级重点科研机构。
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