真随机:量子随机数为什么不可预测
量子随机不是「算不出来」,是没有可获取的种子
计算机里的随机数,其实是一串被种子决定的数。同一个种子,同一串输出;换台机器、换个编译器,只要算法一样,结果就一样。量子测量不是这样:同一个态、同一台仪器,下一次给 0 还是 1,连制备它的人也没有依据可查。
伪随机的天花板
伪随机数发生器用一个短种子拉出一串看起来乱的数。它可以是好工具:密码学里只要算法够强,实际就够用。但随机性是「看起来」的——信息都在种子里,种子已知、算力足够,整串就能重算出来。
混沌常被当成另一条路。可混沌只是对初值敏感,初值给足精度,轨迹仍被方程钉死。两类随机背后都有一份清单,只是一时读不到;量子测量没有这份清单。
只有概率,没有种子
对 |+⟩ 沿 z 测量,两个结果各一半。这句话不是「我们暂时不知道」,而是:给定态与测量设置,理论能给的全部信息就是这两个概率,没有任何一项参数藏着「这一次会出 0」。
演示只能给你概率,这本身就是结论:态里没有更多可读的。有人会追问,会不会有一份还没找到的隐变量清单。贝尔实验给了有条件的答案:局域的那类清单已被排除;非局域方案(例如玻姆力学)里的那份「初值」同样不可获取,预测能力一点没多。
真随机还有一个特征:压不动。可压缩说明存在可被利用的规律,而量子测量在给定态与测量下没有更细的可获取描述——注意,不可压缩只是可预测性的必要条件,不是充分条件(种子未知的伪随机也可以不可压缩)。贝尔测试型的方案把这一点做成可检验的:结果不可预测,不是因为我们没找到种子。
工程上还有一条更硬的路:随机数直接来自对纠缠的测量,并且违反贝尔不等式。这类设备无关随机数不需要你相信厂商没藏答案,代价是速度慢、装置复杂。日常用途则朴素得多:密钥、抽签、蒙特卡洛模拟,凡是要「谁也猜不到」的地方。
伪随机的整串数都躺在种子里,量子测量的每一次结果却没有种子可查。给定态与测量,理论只给概率;这份概率不是无知的遮掩,而是能被实验检验的完整描述。不可预测,是这类随机数唯一的、也是全部的本钱。