論文の概要: Device-independent, megabit-rate quantum random number generator with beam-splitter-free architecture and live Bell test certification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18285v2
• Date: Sat, 22 Mar 2025 11:05:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-25 18:41:58.90028
• Title: Device-independent, megabit-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のメガビットレート量子乱数生成器
• Authors: Ayan Kumar Nai, Vimlesh Kumar, M. Ebrahim-Zadeh, G. K. Samanta,
• Abstract要約: デバイス非依存の量子乱数生成器(DI-QRNG)は情報処理に不可欠である。 本稿では,ベル試験による実効量子性認証付き高ビットレートDI-QRNGを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Device-independent quantum random number generators (DI-QRNGs) are crucial for information processing, ensuring certified quantumness and genuine randomness. However, existing implementations often face low bit rates due to quantumness testing challenges. Here, we present a high-bit-rate DI-QRNG with live quantumness certification through the Bell test. Using spontaneous parametric down-conversion in a polarization Sagnac interferometer, we generate entangled pair-photons at diametrically opposite points on an annular ring with strong spatial and temporal correlations. Dividing the ring into six diametrically opposite sections, we create three entangled photon sources that exhibit bias-free quantum mechanical randomness from a single resource. By utilizing the coincidence counts of pair-photons from two sources, we generate raw bits, while the third source simultaneously measures the Bell's parameter without any loss of QRNG bits. We have generated 90 million raw bits in 46.4 seconds with the Bell parameter (S $>$ 2), with a minimum entropy extraction ratio exceeding 97$\%$. Post-processed using a Toeplitz matrix, the DI-QRNG achieves a bit rate of 1.8 Mbps, passing all NIST 800-22 and TestU01 tests. In the absence of Bell's parameter for a non-maximally entangled state, $g^{(2)}(0)$ can be the metric for quantumness measure. Scalable and beam-splitter-free, this megabit-rate DI-QRNG is ideal for practical applications.
• Abstract（参考訳）: デバイス非依存の量子乱数生成器(DI-QRNG)は情報処理に不可欠であり、認証された量子性と真のランダム性を保証する。 しかし、既存の実装は量子性テストの課題のためにビットレートが低い場合が多い。 本稿では,ベル試験による実効量子性認証付き高ビットレートDI-QRNGを提案する。 偏光サニャック干渉計における自発的なパラメトリックダウンコンバージョンを用いて、強い空間的および時間的相関を持つ環状環上の斜め反対点における絡み合った対光子を生成する。 リングを6つの斜め反対側のセクションに分割し、単一のリソースからバイアスのない量子力学的ランダム性を示す3つの絡み合った光子源を生成する。 2つのソースからのペア光子の同時カウントを利用して生のビットを生成し、第3のソースはQRNGビットを失うことなくベルのパラメータを同時に測定する。 我々はベルパラメータ(S$>$2)で46.4秒で9000万の生ビットを生成し、最小エントロピー抽出比は97$\%$を超えた。 Toeplitzマトリクスを使用した後、DI-QRNGは1.8Mbpsのビットレートを達成し、NIST 800-22とTestU01のテストをすべてパスした。 非最大交絡状態に対するベルのパラメータが存在しない場合、$g^{(2)}(0)$ は量子度測度の計量となる。 拡張性とビームスプリッタフリー,このメガビットレートDI-QRNGは実用用途に最適である。

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