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一個研究團隊設計了一個也許是世界上最複雜的拋硬幣裝置，該裝置利用真空室、磁場、雷射和微波脈衝來產生隨機的0和1字串，每個字串本質上都代表正面或反面。這種複雜性是必要的，可以將隨機數的生成從難以預測但本質上是確定性的經典物理學世界轉移到量子力學的領域，在那裡不確定性佔據主導地位。
西班牙光子科學研究所的物理學家、4月15日《自然》雜誌上發表的一篇論文的作者之一安東尼奧·阿辛說，真正的隨機性是難以捉摸的。“如果你去賭場玩輪盤賭，或者拋硬幣，如果你能獲得球或硬幣的初始位置和速度，你就可以確定地預測結果，”他說。“我們世界中的隨機性是因為缺乏知識。”（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
對於許多目的來說，這已經足夠了——賭場老闆往往比他們的顧客表現得更好是有原因的——但阿辛指出，對於高階密碼學和其他此類應用來說，真正隨機的數字是理想的。“你需要一些不基於缺乏知識的隨機性”才能進入這些領域，阿辛說，因為“也許有人比你擁有更好的知識”。
為此，研究人員利用了一對鐿離子作為量子位元，每個量子位元都限制在馬里蘭大學和國家標準與技術研究所聯合量子研究所的實驗系統中的相距約一米的獨立真空室中。根據離子的狀態，共振雷射脈衝要麼導致它們發射光子，代表二進位制的 1，要麼保持黑暗，代表 0。在用雷射脈衝測量之前，每個原子的狀態都不能確定地知道——也就是說，它是機率性的而不是確定性的——因此測量可以用來生成一個本質上隨機的二進位制數字字串。
阿辛的研究小組使用統計測試來表明，新裝置的輸出確實源於量子不確定性，而不是來自殘餘的確定性——因此是可預測的——效應。使用所謂的貝爾不等式，研究人員證明了兩個量子位元共享一種稱為糾纏的量子力學聯絡，這意味著對一個量子位元的量子力學狀態的測量會瞬間影響另一個量子位元的狀態。貝爾不等式，以愛爾蘭物理學家約翰·貝爾的名字命名，標誌著純粹確定性的、非糾纏的系統應該具有多少相關性。（換句話說，它們決定了如果對一個量子位元的測量對另一個量子位元沒有影響，那麼量子位元應該如何表現。）如果這些不等式被違反，那麼必須有一些看不見的、瞬間的聯絡在起作用，允許遠距離的系統相互影響。糾纏在經典物理學中是不可能的，所以系統的性質必須受量子隨機性支配。
該小組的裝置並不是第一個利用量子效應來產生隨機位的裝置——一些裝置已經在商業上可獲得。但是，為了確保大多數此類裝置的結果是真正隨機的，一個持懷疑態度的使用者必須將其開啟並解析其內部工作原理，新加坡國立大學的物理學家瓦萊里奧·斯卡拉尼說，他在《自然》雜誌上撰寫了一篇評論該研究的文章。相比之下，該研究的合著者、聯合量子研究所的博士後研究員德米特里·馬特蘇克維奇指出，新的裝置就像一個黑盒子——原則上，人們不需要了解它的工作原理就能看到它的輸出確實是真正隨機的。“即使我不信任我建造離子阱的同事，並懷疑他們在我們的真空室內部放了一些裝置來模擬捕獲的離子，我仍然可以使用違反貝爾不等式來證明該系統符合量子力學，”馬特蘇克維奇說。
儘管它可能很強大，但不要指望基於糾纏量子位元的隨機數生成器很快就會出現在數字老虎機中。即使在像聯合量子研究所這樣控制得非常好的系統中，微波脈衝可以將原子繞磁場設定的軸旋轉，糾纏也是一種微妙的狀態，可能受到任何外部影響的破壞。儘管嘗試每秒 95,000 次驗證量子位元之間的糾纏，但研究人員大約每八分鐘才能建立一對糾纏對，最終在實驗過程中僅產生幾十個隨機位。聯合量子研究所的物理學家和該研究的合著者克里斯托弗·門羅指出，由於貝爾違反是一個需要大量試驗樣本的統計測試，“我們必須浪費時間來積累統計資料，只是為了顯示違反”。
斯卡拉尼指出，該小組目前的方法遠不實用。“透過一些假設和幾位經驗豐富的博士後和博士生的辛勤工作，他們設法從兩個冷卻到非常低溫的高真空室中提取了 40 位，”他說，並指出，只有當市場認為有必要時，這種隨機數生成器才會變得實用。否則，斯卡拉尼說，“這個想法仍然是對量子物理學力量的精彩展示。”