論文の概要: Phase Randomness in a Semiconductor Laser: the Issue of Quantum Random Number Generation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.09734v3
• Date: Sat, 24 Dec 2022 21:17:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-25 23:30:02.385370
• Title: Phase Randomness in a Semiconductor Laser: the Issue of Quantum Random Number Generation
• Title（参考訳）: 半導体レーザーにおける位相ランダム性:量子乱数生成の課題
• Authors: Roman Shakhovoy, Marius Puplauskis, Violetta Sharoglazova, Alexander Duplinskiy, Denis Sych, Elizaveta Maksimova, Selbi Hydyrova, Alexander Tumachek, Yury Mironov, Vadim Kovalyuk, Alexey Prokhodtsov, Grigory Goltsman, and Yury Kurochkin
• Abstract要約: 本稿では、利得スイッチングレーザーにおける位相ランダム化の程度を推定するための理論的および実験的手法について述べる。 干渉信号は、干渉計に古典的な位相ドリフトが存在する場合でも、自然界において量子のままであることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 83.48996461770017
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Gain-switched lasers are in demand in numerous quantum applications, particularly, in systems of quantum key distribution and in various optical quantum random number generators. The reason for this popularity is natural phase randomization between gain-switched laser pulses. The idea of such randomization has become so familiar that most authors use it without regard to the features of the laser operation mode they use. However, at high repetition rates of laser pulses or when pulses are generated at a bias current close to the threshold, the phase randomization condition may be violated. This paper describes theoretical and experimental methods for estimating the degree of phase randomization in a gain-switched laser. We consider in detail different situations of laser pulse interference and show that the interference signal remains quantum in nature even in the presence of classical phase drift in the interferometer provided that the phase diffusion in a laser is efficient enough. Moreover, we formulate the relationship between the previously introduced quantum reduction factor and the leftover hash lemma. Using this relationship, we develop a method to estimate the quantum noise contribution to the interference signal in the presence of phase correlations. Finally, we introduce a simple experimental method based on the analysis of statistical interference fringes, providing more detailed information about the probabilistic properties of laser pulse interference.
• Abstract（参考訳）: 利得スイッチレーザーは、多くの量子応用、特に量子鍵分布系や様々な光学量子乱数発生器において要求されている。 この人気は利得スイッチングレーザーパルス間の自然な位相ランダム化である。 このようなランダム化のアイデアは、ほとんどの著者が使用しているレーザー動作モードの特徴によらず、よく知られている。 しかし、レーザーパルスの繰り返し率が高い場合や、しきい値に近いバイアス電流でパルスが発生する場合、位相ランダム化条件に違反する可能性がある。 本稿では,利得切替レーザにおける位相ランダム化の程度を理論的および実験的に推定する手法について述べる。 レーザーパルス干渉の異なる状況について詳細に検討し,レーザーの位相拡散が十分に効率的であることから,干渉信号は干渉計内の古典的位相ドリフトの存在下においても量子状態のままであることを示した。 さらに, 前回導入した量子還元係数と左上ハッシュ補題の関係を定式化する。 この関係を用いて,位相相関の存在下での干渉信号に対する量子ノイズ寄与を推定する手法を開発した。 最後に,レーザーパルス干渉の確率特性に関するより詳細な情報を提供するため,統計的干渉縞の解析に基づく簡易な実験手法を提案する。

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