論文の概要: On-chip semi-device-independent quantum random number generator exploiting contextuality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.08392v1
• Date: Tue, 13 Jan 2026 09:59:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-14 18:27:19.143679
• Title: On-chip semi-device-independent quantum random number generator exploiting contextuality
• Title（参考訳）: 文脈性を利用したオンチップ半デバイス非依存量子乱数生成器
• Authors: Maddalena Genzini, Caterina Vigliar, Mujtaba Zahidy, Hamid Tebyanian, Andrzej Gajda, Klaus Petermann, Lars Zimmermann, Davide Bacco, Francesco Da Ros,
• Abstract要約: 本稿では,文脈不等式に反する量子乱数生成器(QRNG)を提案する。 本システムでは,1光子源と再構成可能な干渉計メッシュを組み合わせることで,量子状態の準備を行う。 我々は、Hmin = 0.077 +- 0.002の実験ラウンドあたりの条件最小エントロピーを、セミ定値プログラミングに基づくセキュリティ分析によって証明する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a semi-device-independent quantum random number generator (QRNG) based on the violation of a contextuality inequality, implemented by the integration of two silicon photonic chips. Our system combines a heralded single-photon source with a reconfigurable interferometric mesh to implement qutrit state preparation, transformations, and measurements suitable for testing a KCBS contextuality inequality. This architecture enables the generation of random numbers from the intrinsic randomness of single-photon interference in a complex optical network, while simultaneously allowing a quantitative certification of their security without requiring entanglement. We observe a contextuality violation exceeding the classical bound by more than 10σ, unambiguously confirming non-classical behavior. From this violation, we certify a conditional min-entropy per experimental round of Hmin = 0.077 +- 0.002, derived via a tailored semidefinite-programming-based security analysis. Each measurement outcome therefore contains at least 0.077 +- 0.002 bits of extractable genuine randomness, corresponding to an asymptotic generation rate of 21.7 +- 0.5 bits/s. These results establish a viable route towards general-purpose, untrusted quantum random number generators compatible with practical integrated photonic quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 2つのシリコンフォトニックチップの統合により実装された文脈不等式違反に基づく半デバイス非依存の量子乱数生成器(QRNG)を提案する。 提案システムは,KCBSの文脈性不等式をテストするのに適した量子状態の準備,変換,測定を行うために,階層化された単一光子源と再構成可能な干渉計メッシュを組み合わせる。 このアーキテクチャは、複雑な光ネットワークにおける単一光子干渉の固有のランダム性から乱数を生成すると同時に、絡み合いを必要とせずにセキュリティの定量的認証を可能にする。 古典的境界を超える文脈性違反を10σ以上で観察し、非古典的行動を明確に確認する。 この違反から、Hmin = 0.077 +- 0.002の実験ラウンドあたりの条件最小エントロピーを認証する。 したがって、それぞれの測定結果は、21.7ビット/秒の漸近生成速度に対応する、抽出可能な真のランダム性の0.077+-0.002ビットを含む。 これらの結果は、実用的な統合フォトニック量子ネットワークと互換性のある汎用的、信頼できない量子乱数生成器への実行可能な経路を確立する。

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