論文の概要: Multi-bit quantum random number generator from path-entangled single photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.10933v1
• Date: Tue, 22 Feb 2022 14:37:17 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-24 06:02:17.501179
• Title: Multi-bit quantum random number generator from path-entangled single photons
• Title（参考訳）: パス絡み合った単一光子からのマルチビット量子乱数生成
• Authors: K. Muhammed Shafi, Prateek Chawla, Abhaya S. Hegde, R. S. Gayatri, A. Padhye, and C. M. Chandrashekar
• Abstract要約: 量子系の測定結果は固有のランダム性を示し、基本的に非決定論的である。 経路交絡単一光子を用いた多ビット乱数生成手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3339144883733443
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Measurement outcomes on quantum systems exhibit inherent randomness and are fundamentally nondeterministic. This has enabled quantum physics to set new standards for the generation of true randomness with significant applications in the fields of cryptography, statistical simulations, and modeling of the nondeterministic behavior in various other fields. In this work, we present a scheme for the generation of multi-bit random numbers using path-entangled single photons. Without losing their intrinsic randomness, the protocol allows us to engineer the distribution from which we sample random numbers. For the experimental demonstration, we use single photons generated using spontaneous parametric down-conversion (SPDC), and assign a multi-bit commitment along the path. One-bit and two-bit random numbers are then generated from measuring entangled states in the path basis. In addition to passing the NIST tests for randomness, we also demonstrate the certification of quantumness and self-certification of quantum random number generator (QRNG) using Clauser, Horne, Shimony and Holt (CHSH) inequality violation. The path-entangled states can generate higher bitrates compared to heralded single photon or entangled photon schemes which are limited by the coincidence counts. The scheme involves distribution of photons along multiple paths resulting in multiple bits from one photon and avoids the limitation imposed by the detection dead time of one detector. We demonstrate this by generating a high rate of about 80 Mbps when the single photon detector saturates at around 28 Mcps.
• Abstract（参考訳）: 量子系の測定結果は固有のランダム性を示し、基本的に非決定論的である。 これにより量子物理学は、暗号、統計シミュレーション、他の様々な分野における非決定論的振る舞いのモデリングといった分野において、真のランダム性の生成のための新しい標準を設定することができる。 本稿では、パス絡み合った単一光子を用いた多ビット乱数生成のためのスキームを提案する。 このプロトコルは、本質的なランダム性を失うことなく、乱数をサンプリングする分布を設計できる。 実験では,自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)を用いて生成した単一光子を用いて,経路に沿って複数ビットのコミットメントを割り当てる。 1ビットと2ビットの乱数は、経路基底の絡み合い状態の測定から生成される。 ランダム性に対するNISTテストのパスに加えて,Crauser, Horne, Shimony, Holt (CHSH) の不等式違反を用いた量子乱数生成器(QRNG)の量子性証明と自己証明を実証する。 パス絡み合い状態は、一致数によって制限されたヘラルド単光子や絡み合い光子スキームと比較して高いビットレートを生成することができる。 このスキームは、1つの光子から複数のビットを生成する複数の経路に沿って光子の分布を伴い、1つの検出器のデッドタイム検出によって課される制限を回避する。 単一光子検出器が約28mpsで飽和すると、約80Mbpsの高速を発生させることでこれを実証する。

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