用星星做隨機數發生器

恆星、類星體以及其他天體都會隨機產生光子，近期科學家利用了這種隨機性，以每秒一百多萬的速率產生隨機數。快速產生隨機數有大量的用途，比如密碼學和計算機模擬。

但該新研究中的研究者還將這些宇宙隨機數發生器用作他途：通過漸進處理貝爾實驗中的另一個漏洞測試物理學的基礎。雖然貝爾實驗顯示量子粒子以一種經典物理無法解釋的方式相關聯，但如果實驗中某些部分利用了任何一種漏洞，結果可能就不可靠。

中國科學技術大學潘建偉院士領導的研究者已將該研究發表在今年4月的物理評論快報上。

共同作者Jingyun Fan說道：「我們提出了一種宇宙隨機數發生器的實驗實現，並利用該發生器實際設計了事件就緒貝爾測試實驗，處理選擇自由漏洞並同時關閉局域和效能漏洞。」

研究者利用位於中國興隆天文台的光學望遠鏡收集來自大量極亮遠處宇宙輻射源的光線。其中某些天體是我們太陽的幾萬億倍亮，並位於數億光年之外。

由於光子發射事件之間的間隔是隨機的，望遠鏡檢測到光子的時刻也是隨機的。裝置的時間解析度是25皮秒(1皮秒為1秒的1萬億分之一)。平均每100納秒就能檢測到一個光子，對應於每秒一百萬個光子。這種速度比得上當今最好的利用激光作為光子源的隨機數發生器了。

credit: 煎蛋畫師Chon

研究的第二部分，研究者提出利用該宇宙隨機數發生器改進貝爾實驗。該實驗的目的是證實不同於我們的經典世界觀測，量子世界不會遵循局域實在論，即結合局域(物體之間不會跨越遠距離相互作用)與實在論(在任何測量行為發生之前物體也會存在)的概念。違背貝爾不等式就證實，在量子水平上，自然現象要麼違背局域性要麼違背實在論，或者兩者均違背。

然而，貝爾實驗有幾個漏洞。雖然物理學家近期已經解決了幾個漏洞(局域性漏洞和測量漏洞)，仍然存在幾個漏洞限制了該測試。

其中一種叫做選擇自由(或者隨機性)漏洞。這個漏洞表明利用隨機數發生器決定的檢測器設置甚至在實驗開始之前就可能存在一定的關聯。在此之前，人們一直認為這些關聯可能發生在實驗開始前的幾分之一秒內。

通過利用基於宇宙源的隨機數發生器，研究者證實這些關聯在光子離開恆星之前就發生了，也就是實驗開始至少3000年之前，提升了16個數量級。(兩個月前，另外一篇論文也獨立發表了，將關聯限制到了至少600年前，使用的也是類似的基於宇宙源的隨機數發生器。)

此外，第三個獨立小組最近表示通過使用超遠距離類星體作為隨機數發生器，能將選擇自由漏洞的時間約束推回數十億年。

該新研究的研究者提到，衛星上的宇宙貝爾實驗可能比地面上的實驗效果更好，因為這樣能避免大氣干擾。他們希望在未來得到進一步提升。

論文原文：DOI:10.1103/PhysRevLett.118.140402

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Lisa Zyga

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