Quantum mekanik förutspår existensen av inneboende slumpmässiga processer. I motsats till klassisk slumpmässighet kan denna brist på förutsägbarhet inte tillskrivas okunnighet eller brist på kontroll. Här föreslår vi en metod för att kvantifiera mängden slumpmässighet som kan extraheras i två scenarier: (i) kvantstyrscenariot, där två parter mäter ett bipartitsystem i ett okänt tillstånd men en av dem inte litar på sin mätapparat, och (ii) förberedelse- och mätscenariot, där dessutom kvanttillståndet är känt. Vi använder våra metoder för att beräkna den maximala mängden lokal slumpmässighet som kan certifieras genom att mäta system som utsätts för buller och förluster och visa att slumpmässighet kan certifieras från en enda mätning om och endast om de detektorer som används i testet har en detekteringseffektivitet som är högre än 50%. En av de mest distinkta egenskaperna hos kvantmekanik är dess inneboende slumpmässiga karaktär. Även i klassisk mekanik brist på förutsägbarhet kan alltid förknippas med okunnighet eller brist på kontroll av de sonderade systemen, reglerna för kvantfysik säger att man inte kan förutsäga resultatet av en mätning även om alla variabler i ett system är kända. Denna inneboende oförutsägbarhet har utnyttjats i olika tillämpningar såsom quantum random talgenerering [1] och kvantnyckelfördelning [2]. Nya resultat har visat att slumpmässigheten som observerats i kvantmekanik kan certifieras även utan att förlita sig på någon modellering av de kvantenheter som används för generering av slumpmässiga data. I själva verket, genom att analysera de data som erhållits i experiment med lokala mätningar på bipartit insnärjda system kan man bevisa att ingen kunde ha förutsett dessa data i förväg när en Bell ojämlikhet överträdelse observeras [3, 4]. Detta kallas enhet-oberoende slumpmässighet certifiering [5, 6]. Den produktoberoende metoden har den praktiska fördelen att den inte förlitar sig på den exakta beskrivningen av den experimentella installationen. Detta är avgörande vid genomförandet av kryptografiska protokoll som motståndare kan använda en missmatchning mellan den teoretiska beskrivningen och det faktiska genomförandet av uppsättningen för att fejka dess prestanda [7] [8] [9]. Men, enhetoberoende protokoll kräver och låga nivåer av buller [4], vilket gör dem mycket krävande experimentellt. Ett mellanliggande scenario är kvantstyrning [11, 12]. Det hänvisar till fallet där två parter, säger Alice och Bob, tillämpa lokala mätningar på en okänd bipartite system. Medan en av dem, Bob, har fullständig kunskap om sina mätapparater, Alice inte, och behandlar hennes mätanordning som en svart låda med klassiska ingångar och utgångar. Quantum styrning har fått mycket uppmärksamhet nyligen på grund av det faktum att det möjliggör trassling detektion som är mer robust för buller och experimentella brister än Bell nonlocality [12, 13]. Dessutom visade sig kvantstyrning vara användbar för ensidig enhet oberoende kvantnyckelfördelning [14] Huvudresultatet av vårt papper är en allmän metod som kvantifierar den optimala mängden slumpmässighet kan certifieras från en enda mätning i ett styrexperiment. Vi använder denna metod för att visa att slumpmässighet kan certifieras under förutsättning att de detektorer som används har högre effektivitet än 50%. Vår metod kan ses som en generalisering av idéerna i [26, 27] från det enhetsoberoende scenariot till det semi-enhetsoberoende scenariot. Vi jämför de resultat som erhållits där jämfört med de som erhållits här, i termer av den mängd slumpmässighet som kan uppnås genom att mäta system som utsätts för vitt buller, och hitta betydande fördelar kan uppnås i den nuvarande inställningen. Det finns flera motiv för att kvantifiera mängden slumpmässighet i styrscenariot. Ur en grundläggande synvinkel är det viktigt att förstå hur mycket slumpmässighet som kan upprätthållas om vi ger upp partiell information om den specifika beskrivningen av systemen [15, 28, 29]. Ur praktisk synvinkel, den mängd slumpmässighet som erhålls i styrscenariot ger en övre gräns till vad Alice och Bob skulle få i en helt enhet-oberoende inställning, oavsett antalet mätningar Bob skulle gälla. Dessutom är det ett scenario som naturligtvis förekommer i vissa asymmetriska tillämpningar. Till exempel de nuvarande resultaten ger ett sätt att kvantifiera mängden slumpmässighet i avlägsna opålitliga stationer. Detta är till exempel relevant när leverantören av en quantum-random-nummergenerator vill fjärrkontrollera om de enheter de tillhandahåller fortfarande fungerar korrekt. ArXiv:1504.08302v1 [kvant-f] 30 Apr 2015
Detta arbete är byggt på en serie verk i ensidig enhet-oberoende slumpmässighet certifiering, med REF etablera verktyg baserade på semi-definite programmering.
Optimal randomness certification in the quantum steering and prepare-and-measure scenarios
{'venue': 'New J. Phys. 17, 113010 (2015)', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Physics']}