Fugu-MT 論文翻訳(概要): Parallel and real-time post-processing for quantum random number generators

論文の概要: Parallel and real-time post-processing for quantum random number generators

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.14177v1
Date: Thu, 29 Jul 2021 17:01:12 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-03-20 11:22:28.010219
Title: Parallel and real-time post-processing for quantum random number generators
Title（参考訳）: 量子乱数生成器の並列およびリアルタイム後処理
Authors: Xiaomin Guo, Mingchuan Wu, Jiangjiang Zhang, Ziqing Wang, Yu Wang and Yanqiang Guo
Abstract要約: 連続変数(CV)量子揺らぎに基づく量子乱数生成器(QRNG)は、測定帯域幅、安定性、可積分性に大きな利点をもたらす。本研究では,並列QRNGのための1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)内でのToeplitz-hashing抽出器の並列およびリアルタイム実現について検討する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 3.650781597061568
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Quantum random number generators (QRNG) based on continuous variable (CV) quantum fluctuations offer great potential for their advantages in measurement bandwidth, stability and integrability. More importantly, it provides an efficient and extensible path for significant promotion of QRNG generation rate. During this process, real-time randomness extraction using information theoretically secure randomness extractors is vital, because it plays critical role in the limit of throughput rate and implementation cost of QRNGs. In this work, we investigate parallel and real-time realization of several Toeplitz-hashing extractors within one field-programmable gate array (FPGA) for parallel QRNG. Elaborate layout of Toeplitz matrixes and efficient utilization of hardware computing resource in the FPGA are emphatically studied. Logic source occupation for different scale and quantity of Toeplitz matrices is analyzed and two-layer parallel pipeline algorithm is delicately designed to fully exploit the parallel algorithm advantage and hardware source of the FPGA. This work finally achieves a real-time post-processing rate of QRNG above 8 Gbps. Matching up with integrated circuit for parallel extraction of multiple quantum sideband modes of vacuum state, our demonstration shows an important step towards chip-based parallel QRNG, which could effectively improve the practicality of CV QRNGs, including device trusted, device-independent, and semi-device-independent schemes.
Abstract（参考訳）: 連続変数(CV)量子揺らぎに基づく量子乱数生成器(QRNG)は、測定帯域幅、安定性、可積分性に大きな利点をもたらす。さらに重要なのは、QRNG生成率の大幅な向上のために、効率的で拡張可能なパスを提供することだ。この過程では、QRNGのスループットの限界や実装コストに重要な役割を果たすため、理論的に安全な情報を用いたリアルタイムランダム性抽出が不可欠である。本研究では,並列QRNGのための1つのフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)内でのToeplitz-hashing抽出器の並列およびリアルタイム実現について検討する。 Toeplitz行列のレイアウトとFPGAにおけるハードウェア・コンピューティング・リソースの効率的な利用について検討した。 Toeplitz行列のスケールと量が異なる論理源の占有を解析し、2層並列パイプラインアルゴリズムを微妙に設計し、FPGAの並列アルゴリズムの利点とハードウェアソースを完全に活用する。この作業は最終的に8Gbps以上のQRNGのリアルタイム後処理速度を達成する。真空状態の複数の量子サイドバンドモードを並列抽出するための集積回路と組み合わせることで、デバイス信頼、デバイス非依存、セミデバイス非依存のスキームを含むCVQRNGの実用性を効果的に向上できるチップベースの並列QRNGへの重要なステップを示す。

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