論文の概要: Device-independent, high bit-rate quantum random number generator with beam-splitter-free architecture and live Bell test certification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18285v1
- Date: Tue, 24 Dec 2024 08:43:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-25 15:54:41.441591
- Title: Device-independent, high bit-rate quantum random number generator with beam-splitter-free architecture and live Bell test certification
- Title（参考訳）: ビームスプリッタフリーアーキテクチャとライブベル試験によるデバイス非依存高ビットレート量子乱数生成器
- Authors: Ayan Kumar Nai, Vimlesh Kumar, G. K. Samanta,
- Abstract要約: 本稿では,実時間ベル試験データによる実時間量子性認証付きデバイス非依存型量子乱数生成器(DI-QRNG)を提案する。
我々は46.4秒で9000万の生ビットを生成し、最小エントロピー抽出比は97$%$を超える。
QRNGは1.8Mbpsのビットレートを獲得し、NIST 800-22とTestU01の全てのテストに合格した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: We present a beam-splitter-free, high-bit rate, device-independent quantum random number generator (DI-QRNG) with real-time quantumness certification via live Bell test data. Using a 20-mm-long, type-0 phase-matched PPKTP crystal in a polarization Sagnac interferometer, we generated degenerate, non-collinear parametric down-converted entangled photons at 810 nm in an annular ring distribution with pair photons appearing at diametrically opposite points on the ring randomly. Dividing the ring into six sections and collecting photons from opposite sections, we developed three entangled photon sources from a single resource (optics, laser, and nonlinear crystal). Using a pump power of 12.4 mW at 405 nm, we recorded coincidence (1 ns window) timestamps of any two sources without projection to assign random bits (0 and 1) while measuring the Bell parameter (S $>$ 2) with the third source for live quantumness certification. We have generated 90 million raw bits in 46.4 seconds, with a minimum entropy extraction ratio exceeding 97$\%$. Post-processed using a Toeplitz matrix, the QRNG achieved a 1.8 Mbps bit rate, passing all NIST 800-22 and TestU01 tests. Increasing the coincidence window to 2 ns boosts the bit rate to over 2 Mbps, maintaining minimum entropy above 95$\%$ but reducing the Bell parameter to S = 1.73. This novel scalable scheme eliminates beam splitters, enabling robust, multi-bit DI-QRNG with enhanced ring sectioning and trustworthy certification for practical high-rate applications.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,ライブベル試験データによる実時間量子性認証付きビームスプリッタフリー,高ビットレート,デバイス非依存型量子乱数生成器(DI-QRNG)を提案する。
偏極型サニャック干渉計で20mm長のタイプ0位相整合PPKTP結晶を用いて, 環状リング分布において, 非コリニアパラメトリック下方共役光子を810nmで無作為に生成した。
リングを6つのセクションに分割し、反対側のセクションから光子を集めることで、1つのリソース(光学、レーザー、非線形結晶)から3つの絡み合った光子源を開発した。
405 nmで12.4 mWのポンプパワーを用いて、プロジェクションのない2つのソースの同時(1 nsウィンドウ)タイムスタンプを記録し、ランダムビット(0,0)を割り当てた。
1) Bell パラメータを測定しながら (S $>$)
2) ライブ量子性認証のための第3のソース。
我々は46.4秒で9000万の生ビットを生成し、最小エントロピー抽出比は97$\%$を超えた。
Toeplitzマトリックスを使用した後、QRNGは1.8Mbpsのビットレートを達成し、NIST 800-22とTestU01の全てのテストに合格した。
2 ns での一致ウィンドウの増加はビットレートを 2 Mbps 以上に引き上げ、95$\%$ 以上の最小エントロピーを維持するが、ベルパラメータを S = 1.73 に下げる。
この新しいスケーラブルなスキームはビームスプリッターを排除し、リング分割の強化と実用的なハイレートアプリケーションに対する信頼性の高い認証により、堅牢でマルチビットのDI-QRNGを可能にする。
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