論文の概要: The eight-port homodyne detector: the effect of imperfections on quantum random number generation and on detection of quadratures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.10616v2
• Date: Thu, 4 Aug 2022 15:37:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 01:07:53.081409
• Title: The eight-port homodyne detector: the effect of imperfections on quantum random number generation and on detection of quadratures
• Title（参考訳）: 8ポートホモダイン検出器:量子乱数生成と二次検出における不完全性の影響
• Authors: Alberto Barchielli and Alberto Santamato
• Abstract要約: 8ポートホモダイン検出器(英: 8-port homodyne detector)は、光磁場の2つの四角線のモニタリングを行うために設計された光回路である。 連続的に二次検出器として使用する場合、この装置の完全な量子記述を与える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The eight-port homodyne detector is an optical circuit designed to perform the monitoring of two quadratures of an optical field, the signal. By using quantum Bose fields and quantum stochastic calculus, we give a complete quantum description of this apparatus, when used as quadrature detector in continuous time. We can treat either the travelling waves in the optical circuit, either the observables involved in the detection part: two couples of photodiodes, postprocessing of the output currents. The analysis includes imperfections, such as not perfectly balanced beam splitters, detector efficiency, electronic noise, phase and intensity noise in the laser acting as local oscillator; this last noise is modelled by using mixtures of field coherent states as statistical operator of the laser component. Due to the monitoring in continuous time, the output is a stochastic process and its full probability distribution is obtained. When the output process is sampled at discrete times, the quantum description can be reduced to discrete mode operators, but at the price of having random operators, which contain also the noise of the local oscillator. Consequently, the local oscillator noise has a very different effect on the detection results with respect to an additive noise, such as the noise in the electronic components. As an application, the problem of secure random number generation is considered, based on the local oscillator shot noise. The rate of random bits that can be generated is quantified by the min-entropy; the possibility of classical and quantum side information is taken into account by suitable conditional min-entropies. The final rate depends on which parts of the apparatus are considered to be secure and on which ones are considered to be exposed to the intervention of an intruder. In some experimentally realistic situations, the entropy losses are computed.
• Abstract（参考訳）: 8ポートホモダイン検出器(英: eight-port homodyne detector)は、光学場の2つの二次状態(信号)を監視するために設計された光回路である。 量子ボース場と量子確率計算を用いて、連続時間で二次検出器として使用する場合、この装置の完全な量子記述を与える。 我々は、光回路内の進行波または検出部分に関与する可観測波を2対のフォトダイオードで処理し、出力電流を後処理する。 解析には、完全な平衡ビームスプリッタ、検出器効率、電子ノイズ、位相および強度ノイズなどの不完全性が含まれており、この最後のノイズは、レーザー成分の統計演算子としてフィールドコヒーレント状態の混合物を用いてモデル化される。 連続時間におけるモニタリングのため、出力は確率過程であり、その完全な確率分布が得られる。 出力プロセスが離散時間にサンプリングされると、量子記述は離散モード演算子に還元できるが、局所発振器のノイズも含むランダム演算子を持つ価格で記述できる。 これにより、電子部品のノイズ等の付加ノイズに対して、局所発振器ノイズが検出結果に全く異なる効果を発揮する。 応用として、局所発振器ショットノイズに基づいて、安全な乱数生成の問題を考察する。 生成可能なランダムビットの速度はミンエントロピーによって定量化され、古典的および量子的側情報の可能性は適切な条件のミンエントロピーによって考慮される。 最終レートは、装置のどの部分が安全であると考えられるか、どの部分が侵入者の介入にさらされていると考えられるかによって決まる。 実験的に現実的な状況では、エントロピー損失が計算される。

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