論文の概要: A low-temperature entropy source for on-chip true random number generation: universal robustness beyond device quality
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.29300v1
- Date: Thu, 24 Sep 2026 09:35:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-25 21:10:09.816035
- Title: A low-temperature entropy source for on-chip true random number generation: universal robustness beyond device quality
- Title（参考訳）: オンチップ真乱数生成のための低温エントロピー源:デバイス品質を超える普遍的ロバスト性
- Abstract要約: 電流バイアスのあるジョセフソン接合は、暗号グレードの真の乱数生成器として機能することを示す。
この結論の普遍性を確立するため、我々は故意に極端に逸脱した装置を製造から選択した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: True random number generation is a critical capability for fault-tolerant quantum computing at millikelvin temperatures. Yet existing Josephson-junction-based TRNGs all rest on a widely accepted but untested assumption: that reliable entropy extraction requires precisely controlled device parameters. Here we show that this assumption does not always hold. We demonstrate a counterintuitive finding: a single current-biased Josephson junction, regardless of its parameter quality, can serve as a cryptographic-grade true random number generator. To establish the universality of this conclusion, we deliberately selected the most extremely deviated devices from fabrication, with critical currents three orders of magnitude away from theoretical predictions and $I_cR$ products an order of magnitude above conventional values, as the ultimate stress test. Even under these extreme conditions, the raw Shannon entropy reaches 0.9981~bit (99.8\% of the theoretical maximum), with a min-entropy of 0.9271~bit. Using a square-wave pulsed-bias scheme, we tune the switching probability to $P\approx0.5$. After SHA-256 post-processing, the bitstreams pass all 15 NIST SP 800-22 tests under a conservative $m=3$ criterion that is more demanding than the standard recommendation, and this certification holds across the entire 100-700~mK operating window of a dilution refrigerator.
- Abstract（参考訳）: 真乱数生成はミリケルビン温度でのフォールトトレラント量子コンピューティングにとって重要な能力である。
しかし、既存のジョセフソン接合に基づくTRNGは、全て広く受け入れられているが証明されていない仮定で成り立っている:信頼できるエントロピー抽出は、正確に制御されたデバイスパラメータを必要とする。
ここでは、この仮定が常に成り立つとは限らないことを示す。
電流バイアスのあるジョセフソン接合は、パラメータの品質に関わらず、暗号グレードの真の乱数生成器として機能する。
この結論の普遍性を確立するために、我々は、理論的な予測から3桁離れた臨界電流と、従来の値より1桁高い$I_cR$の製品を究極の応力試験として、製造から極端に逸脱した装置を意図的に選択した。
これらの極端な条件下であっても、生のシャノンエントロピーは0.9981~bit(理論上の最大値の99.8\%)に達し、ミンエントロピーは0.9271~bitである。
正方波パルスバイアス法を用いて、スイッチング確率を$P\approx0.5$に調整する。
SHA-256の後処理の後、ビットストリームは15 NIST SP 800-22テスト全てを標準の推奨値より要求の高い3$の基準でパスし、この認証は希釈冷蔵庫の100-700~mK操作ウィンドウ全体にわたって保持される。
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