論文の概要: Resolution of 100 photons and quantum generation of unbiased random
numbers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.01221v2
- Date: Fri, 28 Oct 2022 04:13:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 20:23:53.103050
- Title: Resolution of 100 photons and quantum generation of unbiased random
numbers
- Title（参考訳）: 100光子の分解能と偏りのない乱数の量子生成
- Authors: Miller Eaton, Amr Hossameldin, Richard J. Birrittella, Paul M. Alsing,
Christopher C. Gerry, Hai Dong, Chris Cuevas, and Olivier Pfister
- Abstract要約: 光の量子検出は、主にマイクロスケールに還元される。
光子数を解くために測定を行う能力は、様々な量子情報応用に非常に望ましい。
本研究では,光子計測をメソスコピック系に拡張し,高量子効率の遷移エッジセンサの多重化に基づく検出手法を実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Macroscopic quantum phenomena, such as observed in superfluids and
superconductors, have led to promising technological advancements and some of
the most important tests of fundamental physics. At present, quantum detection
of light is mostly relegated to the microscale, where avalanche photodiodes are
very sensitive to distinguishing single-photon events from vacuum but cannot
differentiate between larger photon-number events. Beyond this, the ability to
perform measurements to resolve photon numbers is highly desirable for a
variety of quantum information applications including computation, sensing, and
cryptography. True photon-number resolving detectors do exist, but they are
currently limited to the ability to resolve on the order of 10 photons, which
is too small for several quantum state generation methods based on heralded
detection. In this work, we extend photon measurement into the mesoscopic
regime by implementing a detection scheme based on multiplexing highly
quantum-efficient transition-edge sensors to accurately resolve photon numbers
between zero and 100. We then demonstrate the use of our system by implementing
a quantum random number generator with no inherent bias. This method is based
on sampling a coherent state in the photon-number basis and is robust against
environmental noise, phase and amplitude fluctuations in the laser, loss and
detector inefficiency as well as eavesdropping. Beyond true random number
generation, our detection scheme serves as a means to implement quantum
measurement and engineering techniques valuable for photonic quantum
information processing.
- Abstract（参考訳）: 超流体や超伝導体で観察されるような巨視的量子現象は、技術的進歩と基礎物理学の最も重要な実験に繋がった。
現在、光の量子検出は主にマイクロスケールに委ねられており、アバランシェフォトダイオードは単一光子イベントと真空を区別するのに非常に敏感であるが、より大きな光子数イベントを区別することはできない。
これ以外にも、計算、センシング、暗号を含む様々な量子情報応用において、光子数を解消するための測定を行う能力は非常に望ましい。
真の光子数分解検出器は存在するが、現在は10個の光子の順序で解く能力に制限されており、ヘラルド検出に基づくいくつかの量子状態生成法では小さすぎる。
本研究では,高量子効率遷移エッジセンサの多重化に基づく検出手法を実装し,光子計測をメソスコピック系に拡張し,0から100の間の光子数を正確に解決する。
次に,本システムの利用を,偏りのない量子乱数生成器の実装によって実証する。
この方法は光子数に基づくコヒーレント状態のサンプリングに基づいており、レーザの環境ノイズ、位相、振幅変動、損失、検出器の非効率性、および盗聴に対して堅牢である。
本手法は、真の乱数生成以外にも、フォトニック量子情報処理に有用な量子計測および工学技術を実装する手段として有効である。
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