中国科大在多测量与多输出场景下实现量子随机性验证

　　中国科年夜郭光灿院士团队柳必恒研究组与北京年夜学物理学院何琼毅研究组互助，初次正在多丈量与多输入场景下完成了量子随机性的试验验证，并展现了贝尔非局域性仅正在两丈量时是设备有关地制备随机数的充实须要前提。该结果于3月3日以“Randomness versus Nonlocality in Multiple-Input and Multiple-Output Quantum Scenario”为题颁发正在国际出名学术期刊《物理评论快报》上。

　　随机数正在信息保险、统计抽样以及仿真等多个范畴都表演着不成或缺的脚色，尤为正在暗码学、加密通讯等高度保险的场景中，“真随机数”的发生相当重要。而量子实践中由玻恩法则保障的“真随机性”是一种内禀的不成预测征象，其本色悬殊于经典体系中基于肯定性算法的伪随机性。作为量子实践中玻恩法则所揭示的一类典型征象，贝尔非局域性经由过程其与局域隐变量模子的抵触，为设备有关（device-independent, DI）的量子通讯和谈供给了松软的实践根蒂根基。是以，哄骗贝尔非局域性制备随机数的方案不只无理论上被普遍研究，相干试验进展也完成了设备有关的随机性验证及量子随机数的高效提取。

图1：贝尔非局域性以及量子随机性验证之间的瓜葛（该研究）

　　贝尔非局域性凡是体此刻量子体系对一系列贝尔没有等式的违反。直觉上，人们可能会以为对贝尔没有等式的违反越强，正在体系中所能验证的DI随机性就越高。然而，研究团队正在本事情中初次证实，并不是一切的贝尔非局域性都可用于随机性认证，且与体系拔取的丈量个数无关。事实上，非局域性与随机性验证之间的等价瓜葛仅正在特定的场景中建立，例如用户仅应用两个丈量。虽然多丈量、多输入的量子场景正在普及随机数产率以及升高无缝隙贝尔测试所需的探测效率阈值等方面揭示出较着上风，可是，随机性验证使命需求解除一类特定的丈量兼容性布局。该机制约束了丈量成果的几率漫衍，使患上正在某些场景下，惟独当贝尔没有等式的违反水平脚够年夜时，体系能力够验证随机性。是以，贝尔非局域性与量子随机性的瓜葛如图1所示。

图2：高保真度高维纠缠光子对安装图

　　试验上，研究团队基于1550nm光子的偏振以及路独自由度举行编码，胜利构建了高保真的高维纠缠光子对。经由过程比拟两类经常使用的贝尔没有等式，发明了此中一类Facet没有等式正在丈量增长时反而无奈验证随机性，而另外一类Salavrakos-Augusiak-Tura-Wittek-Acín-Pironio (SATWAP)没有等式的违反对随机性更敏感。采纳具有4个丈量以及3个输入的SATWAP没有等式，研究团队胜利地正在试验上完成了1.867±0.018 bit的随机性，充实揭示了高维量子体系正在量子随机数天生中的上风。

　　中国科年夜张超博士（现为丹麦技能年夜学博士后），北京年夜学博士研究生李逸以及中国科年夜特任传授胡晓敏为论文配合第一作者。北京年夜学项玉特聘副研究员（现为西安交通年夜学传授）、何琼毅传授以及中国科年夜柳必恒研究员为该论文的通信作者。上述研究获得了国度天然迷信基金委、量子迷信与技能立异名目、北京市天然迷信基金、安徽省天然迷信基金、安徽省科技立异名目以及中国迷信技能年夜学等的撑持。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.090201