科大在源无关量子随机数研究方面取得新进展

2020年12月25日

中国科大在源无关量子随机数研究方面取得新进展

我校郭光灿院士团队在源无关量子随机数研究领域取得新进展。该团队的王双、韩正甫等人针对源无关量子随机数系统中测量设备的实际特性展开研究，提出了测量端由于探测器后脉冲、探测效率不匹配、探测器对光源分布敏感等特性所带来的安全性问题，并给出了相应的解决方案。该成果发表在12月10日的国际知名学术期刊《npj Quantum Information》上。

源无关(source-independent)量子随机数协议是2016年提出的一种新型量子随机数协议。该协议通过监测用于生成随机数的相互无偏基的误码，可以在光源不可信的情况下，产生安全的私密随机数。该协议可以同时兼顾随机数发生器的安全性与高速率的需求，并可以容忍非常高的设备损耗。然而该协议仍然存在一些关键安全性问题，例如没有考虑探测器后脉冲效应、多探测器的探测效率不匹配、探测器对光源分布敏感等特性所带来的安全性隐患，这些问题严重限制了协议的实际应用。

为了有效解决上述问题，王双、韩正甫等人首先给出了包含以上参数的探测器模型，并进一步评估了这些问题对现实安全性的影响。针对探测器后脉冲效应，该团队给出了*听者能够获得随机数信息的最小熵下界；针对探测效率不匹配和探测器对光源分布敏感问题，该团队提出了一种光源分布监测方法，并在充分考虑有限码长效应的条件下给出了基于组合安全性的码率公式。该成果量化分析了测量设备不完美性对源无关量子随机数系统的安全性影响，为实现超快实用化的源无关量子随机数发生器提供了解决方案。

图1 包含分布监测模块的源无关量子随机数发生器实验方案图

图2 后脉冲效应对条件最小熵的影响

论文的第一作者为该实验室博士生林幸，通讯作者为王双教授。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和安徽省的资助。

附文章链接：https://doi.org/10.1038/s41534-020-00331-9

（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部）