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一个研究团队设计了一个也许是世界上最复杂的抛硬币装置，该装置利用真空室、磁场、激光和微波脉冲来产生随机的0和1字符串，每个字符串本质上都代表正面或反面。这种复杂性是必要的，可以将随机数的生成从难以预测但本质上是确定性的经典物理学世界转移到量子力学的领域，在那里不确定性占据主导地位。
西班牙光子科学研究所的物理学家、4月15日《自然》杂志上发表的一篇论文的作者之一安东尼奥·阿辛说，真正的随机性是难以捉摸的。“如果你去赌场玩轮盘赌，或者抛硬币，如果你能获得球或硬币的初始位置和速度，你就可以确定地预测结果，”他说。“我们世界中的随机性是因为缺乏知识。”（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
对于许多目的来说，这已经足够了——赌场老板往往比他们的顾客表现得更好是有原因的——但阿辛指出，对于高级密码学和其他此类应用来说，真正随机的数字是理想的。“你需要一些不基于缺乏知识的随机性”才能进入这些领域，阿辛说，因为“也许有人比你拥有更好的知识”。
为此，研究人员利用了一对镱离子作为量子比特，每个量子比特都限制在马里兰大学和国家标准与技术研究所联合量子研究所的实验系统中的相距约一米的独立真空室中。根据离子的状态，共振激光脉冲要么导致它们发射光子，代表二进制的 1，要么保持黑暗，代表 0。在用激光脉冲测量之前，每个原子的状态都不能确定地知道——也就是说，它是概率性的而不是确定性的——因此测量可以用来生成一个本质上随机的二进制数字字符串。
阿辛的研究小组使用统计测试来表明，新设备的输出确实源于量子不确定性，而不是来自残余的确定性——因此是可预测的——效应。使用所谓的贝尔不等式，研究人员证明了两个量子比特共享一种称为纠缠的量子力学联系，这意味着对一个量子比特的量子力学状态的测量会瞬间影响另一个量子比特的状态。贝尔不等式，以爱尔兰物理学家约翰·贝尔的名字命名，标志着纯粹确定性的、非纠缠的系统应该具有多少相关性。（换句话说，它们决定了如果对一个量子比特的测量对另一个量子比特没有影响，那么量子比特应该如何表现。）如果这些不等式被违反，那么必须有一些看不见的、瞬间的联系在起作用，允许远距离的系统相互影响。纠缠在经典物理学中是不可能的，所以系统的性质必须受量子随机性支配。
该小组的装置并不是第一个利用量子效应来产生随机位的装置——一些装置已经在商业上可获得。但是，为了确保大多数此类设备的结果是真正随机的，一个持怀疑态度的用户必须将其打开并解析其内部工作原理，新加坡国立大学的物理学家瓦莱里奥·斯卡拉尼说，他在《自然》杂志上撰写了一篇评论该研究的文章。相比之下，该研究的合著者、联合量子研究所的博士后研究员德米特里·马特苏克维奇指出，新的装置就像一个黑盒子——原则上，人们不需要了解它的工作原理就能看到它的输出确实是真正随机的。“即使我不信任我建造离子阱的同事，并怀疑他们在我们的真空室内部放了一些设备来模拟捕获的离子，我仍然可以使用违反贝尔不等式来证明该系统符合量子力学，”马特苏克维奇说。
尽管它可能很强大，但不要指望基于纠缠量子比特的随机数生成器很快就会出现在数字老虎机中。即使在像联合量子研究所这样控制得非常好的系统中，微波脉冲可以将原子绕磁场设定的轴旋转，纠缠也是一种微妙的状态，可能受到任何外部影响的破坏。尽管尝试每秒 95,000 次验证量子比特之间的纠缠，但研究人员大约每八分钟才能建立一对纠缠对，最终在实验过程中仅产生几十个随机位。联合量子研究所的物理学家和该研究的合著者克里斯托弗·门罗指出，由于贝尔违反是一个需要大量试验样本的统计测试，“我们必须浪费时间来积累统计数据，只是为了显示违反”。
斯卡拉尼指出，该小组目前的方法远不实用。“通过一些假设和几位经验丰富的博士后和博士生的辛勤工作，他们设法从两个冷却到非常低温的高真空室中提取了 40 位，”他说，并指出，只有当市场认为有必要时，这种随机数生成器才会变得实用。否则，斯卡拉尼说，“这个想法仍然是对量子物理学力量的精彩展示。”