量子随机数发生器安全且独立于源设备运行

量子随机数发生器 (QRNG) 基于量子力学固有的不可预测性产生真正的随机性。它们在量子信息处理和计算任务中具有重要应用。在实践中，实际实现中量子源设备的任何不完善或不准确的表征都会极大地影响 QRNG 的安全性和生成速率，甚至可能导致量子随机性的消失。独立于源设备(源 DI)的 QRNG 与不受信任的源但具有良好特征的测量设备一起运行，以积极解决这些问题。

正如Advanced Photonics报道的那样 ，南京大学的研究人员最近提出并通过实验证明了一种安全快速的源 DI QRNG 协议，该协议在实际实施中简单高效。本工作中的source-DI QRNG是通过纠缠光子辅助的单光子探测技术实现的。随机数是通过测量来自一对时间-能量纠缠光子的光子到达时间的过程提取的。时间-能量纠缠光子对是由自发参量下转换 (SPDC) 过程产生的。

研究人员能够通过观察非局部色散抵消来证明时间-能量纠缠来确认该方案的安全性。为了提高安全性，他们采用修正的熵不确定性关系来量化随机性，同时考虑到公认的有限测量范围问题。

他们报告了随机位的安全生成速率为每秒 4 兆比特 (Mbps)，他们指出，鉴于先进的单光子探测器更快的检测速度和更低的时间分辨率，该速率可以达到千兆 bps 的水平。基于 PPLN 波导 SPDC 源，他们实现的源 DI QRNG 可以通过探索片上光子生成、操纵和检测技术进一步开发为集成芯片级设备。

据通讯作者、南京大学教授 Yan-Xiao Gong 介绍，“与现有的几种半 DI QRNG 相比，我们的工作在安全性、速度和实用性之间取得了很好的平衡。” 他补充说：“这项研究为安全量子信息任务的实际应用铺平了道路，并推动了高性能和高安全性量子随机数发生器的发展。”

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