量子计算可能发现了一个令人惊讶的新用途：电表。Quantinuum是 Honeywell Quantum Solutions 和 Cambridge Quantum 之间的合并，专注于量子计算，正在帮助构建量子强化加密密钥，以保护霍尼韦尔智能公用事业电表的安全。该服务称为“Quantum Origin”，使用量子计算机生成大型随机数，可以保护私人信息或敏感的电网基础设施。

生成随机数是创建用于加密和身份验证的加密安全密钥的第一步。功能良好的随机数生成器可确保攻击者无法通过可预测的模式来猜测未来的加密密钥。传统上，随机数要么通过算法生成（例如，通过从 pi 值中获取片段），要么通过使用采集电噪声等物理现象样本的硬件设备来生成。

新奥尔良大学数学助理教授Peter Bierhorst表示，硬件随机数生成器提供的随机性水平足以满足大多数用途。但仍然有可能有人能够预测这些设备生成的模式。例如，如果随机数是从电噪声样本生成的，攻击者可能会获得该噪声的音频记录并能够导出密钥。

“你和我将有更好的机会在地球上选择完全相同的原子。”—Tony Uttley，Quantinuum 总裁兼首席运营官

“在某种程度上，这是一个绝对确定的过程，”比尔霍斯特说。“任何事物的任何经典力学模型总是 100% 由其初始条件决定。”

另一方面，量子力学从根本上来说是不可预测的。当测量孤立的量子系统时，量子态会发生概率崩溃，因此量子随机数生成器可以是真正随机的。

Quantinuum 总裁兼首席运营官Tony Uttley表示，在 0 到 1 的随机性范围内，Quantinuum 生成 1 正负 2 -128的随机数，换句话说，几乎完全随机。“这是一个零，后面还有 33 个零，”Uttley 说。“你和我将有更好的机会在地球上选择完全相同的原子。”

量子随机数生成器还具有内置证据，证明它们运行正常。为了生成随机数，研究人员要求量子计算机解决一个在量子计算机上很容易计算但在经典计算机上需要更长时间的问题。一旦响应得到验证，输出将用于创建随机数。根据定义，给出的输出是非概率的，因为它是使用量子计算机计算的。在 Quantinuum 的量子计算机上，这个过程大约需要 30 个小时。

另一方面，比尔霍斯特说，经典的随机数生成器没有真正的方法来证明它们的行为符合预期。这可能会产生安全漏洞，例如生成器崩溃并引入可预测的模式，甚至允许攻击者插入他们自己的数字生成算法。

Quantinuum 量子计算机的“种子”输出是由 1 和 0 组成的随机序列，与霍尼韦尔经典生成的随机数相结合。Uttley 表示，霍尼韦尔拥有自己的种子，但只要客户自己的经典随机数生成器保密，每个种子实际上可以由多个客户使用。将量子种子与经典生成的数字相结合的过程提供了额外的随机性来源。

生成的随机数创建加密密钥，帮助保护公用事业公司和智能公用事业电表之间的通信安全。这些仪表传输有关能源使用的私人敏感信息，这些信息很容易受到黑客的攻击，黑客可能会利用这些信息来策划勒索软件攻击或损坏关键基础设施。

Uttley 表示，智能电网、电网和水网是关键基础设施的一部分，可能成为攻击目标，特别是因为这些系统会在现场运行多年甚至数十年。其他可以利用量子随机数生成器提供的增强稳健性的行业包括金融行业和医疗保健行业。

最终，Uttley 认为这一发展是令人兴奋的一步，最终利用了量子计算机相对于经典计算机的优势，并将这种优势带入了商业领域。“量子计算机本质上的量子性是能够利用量子位的纠缠和叠加来创造最终完美的随机性，”他说。