量子随机数发生器安全运行，独立于源设备之外
发布时间：2023-05-18 08:00:00 阅读数： 145
源-DI QRNG的实验装置。(a) 纠缠源：时间能量纠缠光子对由Ti:PPLN波导产生，由持续时间为5 ns的脉冲激光器泵浦，它们由PBS分开。(b) 测量装置：光子在被耦合到Alice和Bob两侧的光纤后，通过90:10分光器（BS）被动选择用于测量Tδ或Dδ。PC，偏振控制器；FI，滤波器；C-BG，啁啾布拉格光栅；OC，光循环器；SNSPD，超导纳米线单光子探测器；以及TDC，时间-数字转换器。资料来源：高级光子学（2023）。doi: 10.1117/1.ap.5.3.036003
量子随机数生成器（QRNGs）基于量子力学固有的不可预测性产生真正的随机性。它们在量子信息处理和计算任务中有着重要的应用。在实际应用中，量子源设备的任何不完善或不准确的特征都会高度影响QRNGs的安全性和生成率，甚至可能诱发量子随机性的消失。
与源设备无关（source-DI）的QRNGs使用不受信任的源但特征良好的测量设备进行操作，以积极解决这些问题。
正如《先进光子学》杂志所报道的，南京大学的研究人员最近提出并通过实验证明了一种安全和快速的源-DI QRNG协议，该协议对于实际执行来说是简单和高效的。这项工作中的源-DI QRNG是通过纠缠光子辅助的单光子检测技术实现的。
随机数是通过测量一对时间能量纠缠的光子的到达时间的过程提取的。时间能量纠缠的光子对是由自发参数向下转换（SPDC）过程产生的。
研究人员能够通过观察非局部色散抵消来证明时间能量纠缠，从而确认该方案的安全性。为了提高安全性，他们采用了修改过的熵不确定性关系来量化随机性，同时考虑到公认的有限测量范围的问题。
他们报告说，随机比特的安全生成率为每秒4兆比特（Mbps），他们指出，考虑到先进的单光子探测器更快的探测速度和较低的时间分辨率，这可以达到千兆比特的水平。基于PPLN波导SPDC源，他们实现的源-DI QRNG可以通过探索片上光子生成、操纵和检测技术进一步发展为一个集成的芯片级设备。
据通讯作者、南京大学教授龚彦晓说："与现有的几个半DI QRNG相比，我们的工作在安全性、速度和实用性之间实现了很好的平衡"。他补充说："这项研究为安全量子信息任务的实际应用铺平了道路，促进了高性能和高安全性量子随机数生成器的发展"。
参考资料：Ji-Ning Zhang et al, Realization of a source-device-independent quantum random number generator secured by nonlocal dispersion cancellation, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.3.036003
