論文の概要: Randomness quantification in spontaneous emission

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05713v1
• Date: Fri, 05 Dec 2025 13:40:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-13 22:40:57.040242
• Title: Randomness quantification in spontaneous emission
• Title（参考訳）: 自然発光におけるランダム性定量化
• Authors: Chenxu Li, Shengfan Liu, Xiongfeng Ma,
• Abstract要約: 自然発光プロセスにおけるランダムネス生成のための包括的枠組みを開発する。 解析の結果,単一光子検出と時間モード測定によってランダム性が生じる場合,QRNGは第1の敵シナリオに対して脆弱であることがわかった。 対照的に、空間モード検出と位相変動に基づくQRNGは、双方の敵に対するセキュリティを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7391823486666543
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum coherence serves as a fundamental resource for generating intrinsic randomness, yet the quantification of randomness in quantum random number generators (QRNGs) based on spontaneous emission has remained largely phenomenological. Existing randomness analysis lacks rigorous adversarial models and a clear characterization of the role of quantum coherence in these systems. In this work, we develop a comprehensive quantum information-theoretic framework for randomness generation in spontaneous emission processes. We characterize two distinct eavesdropping strategies: one where the adversary directly accesses the atom ensemble, and the other where the adversary accesses only its purification. Our analysis reveals that when randomness is generated through single-photon detection and temporal mode measurements, the QRNG is vulnerable to the first adversary scenario, though it still guarantees a lower bound on intrinsic randomness against the second adversary scenario even under maximal information leakage from the atoms. In contrast, QRNGs based on spatial mode detection and phase fluctuations demonstrate security against both types of adversaries, providing robust randomness generation. Furthermore, we provide a quantitative calculation of intrinsic randomness for these spontaneous-emission-based QRNG schemes.
• Abstract（参考訳）: 量子コヒーレンス(英語版)は、固有のランダム性を生成するための基本的な資源であるが、自然放出に基づくQRNG(英語版)におけるランダム性の定量化は、主に現象学的なままである。 既存のランダム性解析には厳密な敵対モデルや、これらのシステムにおける量子コヒーレンスの役割の明確な特徴が欠けている。 本研究では,自然発生過程におけるランダムネス生成のための包括的量子情報理論フレームワークを開発する。 1つは敵が直接原子アンサンブルにアクセスする方法であり、もう1つは敵が純化のみにアクセスする方法である。 解析の結果,単一光子検出と時間モード測定によってランダム性が生成される場合,QRNGは第1の敵シナリオに対して脆弱であることがわかった。 対照的に、空間モード検出と位相変動に基づくQRNGは、両タイプの敵に対するセキュリティを示し、ロバストなランダムネスを生成する。 さらに,これらの自然放出型QRNGスキームの固有乱数性について定量的に計算する。

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