Realización de un generador de números aleatorios cuánticos independiente del dispositivo fuente protegido por cancelación de dispersión no local. Crédito: Ji-Ning Zhang
El uso de la tecnología de detección de fotones individuales junto con fotones entrelazados facilita las aplicaciones prácticas de la generación de números aleatorios cuánticos (QRNG) para tareas seguras de información cuántica.
Los generadores cuánticos de números aleatorios (QRNG) generan aleatoriedad auténtica basada en la indeterminación intrínseca de la mecánica cuántica. Estos generadores son cruciales en diversas operaciones relacionadas con el procesamiento y computación de información cuántica.
Sin embargo, la efectividad y la seguridad de los QRNG se ven significativamente afectadas por cualquier imprecisión o falla en los dispositivos de fuente cuántica durante la implementación real. Tales imperfecciones podrían conducir potencialmente a la eliminación de la aleatoriedad cuántica. Para mitigar estos problemas, se utilizan QRNG independientes del dispositivo de origen (source-DI). Operan utilizando fuentes no verificadas, pero sus dispositivos de medición están caracterizados con precisión, ofreciendo una solución a estos problemas.
En un estudio publicado recientemente en Advanced Photonics, los investigadores de la Universidad de Nanjing propusieron y demostraron experimentalmente un protocolo QRNG DI QRNG seguro y rápido que es simple y eficiente para la implementación práctica.
El QRNG de fuente DI en este trabajo se realiza a través de la tecnología de detección de fotones individuales asistida por fotones entrelazados. Los números aleatorios se extraen mediante un proceso que mide el tiempo de llegada de un fotón de un par de fotones entrelazados de tiempo y energía. Los pares de fotones de tiempo-energía entrelazados se producen a partir de un proceso de conversión descendente paramétrica espontánea (SPDC).
Los investigadores pudieron confirmar la seguridad del esquema al certificar el entrelazamiento de tiempo y energía al observar la cancelación de la dispersión no local. Para mejorar la seguridad, emplean una relación de incertidumbre entrópica modificada para cuantificar la aleatoriedad, teniendo en cuenta un problema bien conocido de rango de medición finito.
Informan una tasa segura de generación de bits aleatorios de 4 megabits por segundo (Mbps), que dicen que puede alcanzar el nivel de gigabps con detectores avanzados de fotones únicos debido a su velocidad de detección más rápida y su resolución temporal más baja. . Basada en una fuente SPDC de guía de ondas PPLN, la fuente QRNG-DI que crearon se puede desarrollar como un dispositivo integrado de escalado de chips, aprovechando las técnicas de detección, manipulación y generación de fotones en el chip.
Según el autor correspondiente Yan-Xiao Gong, profesor de la Universidad de Nanjing, «en comparación con varios QRNG semi-DI existentes, nuestro trabajo logra un excelente equilibrio entre seguridad, velocidad y practicidad». Y agrega: «Esta investigación allana el camino para aplicaciones prácticas de tareas seguras de información cuántica y promueve el desarrollo de generadores cuánticos de números aleatorios de alto rendimiento y alta seguridad».
Referencia: «Realización de un generador de números aleatorios cuánticos independiente del dispositivo fuente garantizado por cancelación de dispersión no local» por Jining Zhang, Ran Yang, Xinhui Li, Chang-Wei Sun, Yi-Chen Liu, Ying Wei, Jia-Chen Duan, Zhenda Xie , Yan-Xiao Gong y Shining N. Zhu, 5 de mayo de 2023, Fotónica avanzada.
DOI: 10.1117/1.AP.5.3.036003
