Quantum-proof multi-source randomness extractors in the Markov model
本文提出马尔可夫辅助信息模型，证明任意多源提取器在该模型下的量子辅助信息面前仍保持安全，推广了以往仅适用于受限模型和特定提取器的结论。
2016-09-09 cs.CC cs.CR quant-ph
Quantum-proof randomness extractors via operator space theory
量子验证随机性提取器是经典密码学和量子密码学以及设备无关随机性放大和扩展的重要构建块。此外，它们也是量子香农理论的一个有用工具。已知的是，一些提取器构造是量子证明的，而其他提取器构造可证明不是量子证明的[Gavinsky等人，STOC'07]。我们认为，算子空间的理论提供了一个自然的框架，研究在何种程度上提取器是安全的对量子对手：我们首先短语提取器的定义作为赋范空间之间的有界范数条件，然后表明，量子对手的存在对应于一个完全有界范数条件之间的算子空间。由此，我们表明，非常高的最小熵提取器以及提取器与小输出总是（近似）量子证明。我们还研究了一个泛化的提取器称为随机性冷凝器。我们把凝聚子的定义称为有界范数条件，把量子安全凝聚子的定义称为完全有界范数条件。将凝聚器看作二部图，我们发现有界范数条件对应于一个研究得很好的组合问题的实例，称为二部分解子图。此外，利用算子空间的特征，我们可以将任何冷凝器关联到贝尔不等式（两人博弈），使得经典和量子策略与冷凝器上的经典和量子攻击一一对应。因此，我们得到每个量子证明的冷凝器（其中特别包括量子证明的提取器）的贝尔不等式，不能违反量子力学。
2017-05-04 math-ph math.MP quant-ph
An efficient construction of Raz's two-source randomness extractor with improved parameters
本文提出Raz双源随机性提取器的改进构造，将计算时间从多项式降至拟线性，并降低熵需求，提供分析比较、量子证明版本及开源实现。
2025-06-18 cs.CC cs.CR quant-ph
Multi-Source Randomness Extractors Against Quantum Side Information, and their Applications
研究了在量子环境下构造多源抽取器的问题，该抽取器可以从多个初始独立的经典随机源中抽取几乎均匀的随机比特.这是种子随机性提取对量子边信息和经典独立源提取的自然推广。随着新的挑战，例如边信息中的潜在纠缠，量子多源提取器在什么条件下存在并不是一个先验清楚的;唯一的先前工作是[KK 12]，其中[CG 88]和[DEOR 04]的经典内积两源提取器在受限独立附着（IA）模型和纠缠有界存储（BS）模型中被证明是量子安全的。在本文中，我们提出了一个新的模型称为广义纠缠（GE）粘附模型，它允许在边信息的任意纠缠和包容IA模型和BS模型。我们继续展示如何构建GE安全的量子多源提取器。为此，我们提出了另一种称为单侧粘附（OA）模型的模型，该模型比上述所有模型都弱。令人惊讶的是，我们建立强OA安全和强GE安全之间的等价性。因此，所有经典的多源提取器可以直接工作，或被修改为在GE模型中工作，代价是一个额外的随机源。因此，我们的构造基本上与经典多源提取器的最佳已知构造相匹配。我们也将我们的技术应用于密码学和分布式计算中的两个重要问题-隐私放大和网络抽取器。我们证明，只要源在我们的GE模型中具有一定量的条件最小熵（即使有纠缠的量子边信息），我们就可以设计非常有效的隐私放大协议和网络提取器。
2014-11-10 cs.CC quant-ph
Real-Time Seedless Post-Processing for Quantum Random Number Generators
本文提出一种实时无种子双源量子随机性提取器，针对新定义的前向块源，可从两个无限长独立源中提取恒定比例最小熵，并在常用量子随机数发生器上实现64 Gbps模拟提取速度。
2024-01-29 quant-ph
Deterministic randomness extraction for quantum random number generation with partial trust
Quside Technologies S.L.（Quside科技有限公司）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）
本研究提出了一种在部分信任条件下，利用量子熵源和半设备无关设置的确定性随机提取方法，实现了高效率的随机数生成。
2026-02-26 quant-ph
FPGA-based Toeplitz Strong Extractor for Quantum Random Number Generators
本文在FPGA上实现了用于QRNG后处理的Toeplitz强提取器，达到26.57 Gbps基准提取速度，并通过NIST STS 2.1.2测试验证了处理自研相位噪声QRNG原始数据的输出随机性。
2025-05-03 quant-ph
Stream randomness extraction against quantum side information
Future Research Lab, China Mobile Research Institute（中国移动研究院未来研究实验室）；Department of Physics, Renmin University of China（中国人民大学物理系）；QICI Quantum Information and Computation Initiative, Department of Computer Science, The University of Hong Kong（香港大学计算机科学系量子信息与计算倡议）
本文提出基于几乎双随机哈希的流处理随机提取器，通过预处理生成伪随机掩码，实现实时随机数生成，提升量子加密系统的效率。
2026-06-05 quant-ph
Improved Two-source Extractors against Quantum Side Information
本文证明了 Dodis 等人的双源提取器在面对量子边信息时性能与经典领域同样出色，并推导出新量子 XOR 引理以重新推导通用归约并改进一大类提取器。
2025-03-07 cs.CR quant-ph
Testing randomness of series generated in Bell's experiment
本文利用类 QKD 光纤 Bell 实验生成二进制序列，依据 Ville 原理并用多种统计指标检验随机性，证实 Toeplitz 提取器可使被拒序列达到与原始合格序列不可区分的随机水平。
2022-08-31 quant-ph
Quantum Side Information: Uncertainty Relations, Extractors, Channel Simulations
在本论文的第一部分，我们讨论了经典和量子物理学的代数方法，并在此设置中发展信息论的概念。第二部分讨论了量子力学中的不确定原理。该原理指出，即使我们有关于量子系统状态的全部经典信息，也不可能确定性地预测所有可能测量的结果。相比之下，量子观察者的视角允许拥有关于量子系统状态的量子信息。这就导致了不确定性和量子关联之间的相互作用。我们提供了一个信息论分析讨论熵的不确定性与量子边信息的关系。第三部分讨论了随机抽取器的概念。经典和量子随机性是信息论、密码学和计算中的重要资源。然而，大多数随机性的来源只表现出弱形式的不可预测性，随机性提取的目标是将这种弱随机性转换为（几乎）完美的随机性。我们讨论了经典和量子随机性提取器的各种结构，我们特别研究了这些结构相对于具有量子边信息的观察者的性能。在第四部分中，我们讨论了信道模拟。香农的噪声信道定理可以理解为使用噪声信道来模拟无噪声信道。我们在这里要考虑的信道模拟是关于相反的问题：从无噪声信道模拟有噪声信道。从纯经典情形（经典的反向香农定理）出发，我们给出了各种量子信道的模拟结果。我们通过使用经典和量子随机性提取器来实现这一点，这些提取器也适用于量子边信息。
2013-10-17 cs.IT math-ph math.IT
A modular framework for randomness extraction based on Trevisan's construction
非正式地，提取器从可能远离均匀分布的源提供完美的随机性，但包含一些随机性。这个任务是任何试图产生完美的随机数的关键因素-例如，密码协议、数值模拟或随机计算所需要的。Trevisan的提取器引起了相当大的理论兴趣，不仅因为与其他构造相比，它的数据简约，而且特别是因为它对量子对手是安全的，使其适用于量子密钥分发。我们讨论了一个模块化的，可扩展的和高性能的实现的建设的基础上，可以灵活地组合，以满足各种场景的要求。除了定量地分析了许多组合在实际环境中的性质外，我们改进了以前的理论证明，并给出了非渐近情况下的明确结果。自包含的描述并不假设熟悉提取器。
2012-12-03 cs.IT cs.MS math.IT
From Graphs to Keyed Quantum Hash Functions
我们提出了两种新的量子哈希函数的构造：第一种基于扩展图，第二种基于提取函数，并估计了构造它们所需的随机性。我们还提出了一种基于抽取函数的量子密钥散列函数，该函数可用于量子消息认证码，并在有限攻击者模型下评估了其安全性。
2016-05-31 quant-ph
True randomness from an incoherent source
量子随机数发生器（QRNG）利用测量过程中的内在随机性：假设输入状态是测量算子本征态的叠加，则测量输出是真正随机的。在\emph{trusted}器件的情况下，只要与$ρ$纠缠的系统被很好地保护，就可以从混合状态$ρ$产生真正的随机性。我们提出了一种基于测量的正交波动的单模热态使用光学零差检测器的随机数产生方案。通过将宽带放大自发发射（ASE）源的输出与单模本振（LO）在分束器处混频并进行差分光电探测，利用LO的滤波功能，可以选择性地探测ASE源单模输出的正交波动。实验上，已观察到比真空噪声大约三个数量级的正交方差，这表明与基于测量真空噪声的QRNG相比，该方案可以容忍高得多的检测器噪声。该熵源的高质量由所获取的数据的小相关系数证明。应用Toeplitz散列提取器从高斯分布的原始数据中生成无偏随机比特，实现了每个样本5.12比特的效率。Toeplitz提取器的输出成功通过了随机数的所有NIST统计测试。
2017-11-01 quant-ph
Seedless extractors for device-independent quantum cryptography
本文提出一种设备无关量子密码学中无需种子且可抵抗无界量子对手的随机性提取方法，以贝尔违背替代最小熵作为提取承诺，并给出完整安全性证明。
2025-02-27 quant-ph
The Bounded Storage Model in The Presence of a Quantum Adversary
提取器是用于提取随机性的函数E。给定一个不完美的随机源X和一个均匀的种子Y，输出E（X，Y）接近均匀。我们研究的性质，这样的功能存在的先验量子信息的X，特别侧重于密码学的应用。我们证明了某些提取器是适合的有界存储模型中的对手有一个有限的量子存储器的密钥扩展。对于一位输出的提取器，我们表明，所提取的位基本上是同样安全的情况下，对手有经典的资源。我们证明了某些结构的安全性，在有界存储模型中输出多个位。
2006-12-08 quant-ph
Ultrafast quantum random number generation based on quantum phase fluctuations
量子随机数发生器（QRNG）利用量子力学的基本不确定性产生真正的随机性。大多数QRNG方法采用单光子探测技术，并且速度有限。在这里，我们提出并实验证明了一个超快QRNG的速率超过6 Gb/s的基础上的量子相位波动的激光工作在阈值附近。此外，我们考虑了一个潜在的对手谁拥有部分知识的原始数据，并讨论了如何可以严格删除这种部分知识与后处理。我们通过对系统建模，用最小熵来量化量子随机性，并采用两个提取器，Trevisan的提取器和Toeplitz哈希，来提取随机性，这是信息理论上可证明的。我们的实验装置的简单性和高速性表明了鲁棒、低成本、高速QRNG的可行性。
2012-07-05 physics.optics quant-ph
A Quantum-Proof Non-Malleable Extractor, With Application to Privacy Amplification against Active Quantum Adversaries
在隐私放大中，两个相互信任的方旨在通过在不安全的通信信道上交换消息来放大初始共享秘密$X$的秘密，以便建立共享私钥$K$。如果通道经过身份验证，则可以使用强随机性提取器在单轮通信中解决任务;选择量子证明提取器可以建立针对量子对手的安全性。在信道未被认证的情况下，Dodis和Wichs（STOC'09）表明，可以使用不可延展的提取器（比强提取器更强的伪随机构造）在两轮通信中解决该问题。我们给出了第一个非延展提取器的构造，该提取器对量子对手是安全的。该提取器基于Li（FOCS'12）的构造，能够从最小熵率大于$1/2$的源中提取。将这种构造与Cohen和Vidick（未发表）所示的Dodis和Wichs简化的量子证明变体相结合，我们获得了第一个针对主动量子对手的隐私放大协议。
2018-02-14 cs.CR quant-ph
On the impossibility of extracting classical randomness using a quantum computer
在这项工作中，我们提出的问题是，量子设备是否可以为我们提供一个几乎完美的经典随机性源，更一般地说，足以完成经典的密码任务，如加密。事实上，众所周知，当经典计算机所能获得的只是一个现实的不完美的随机性来源时，它们不足以完成这两项任务中的任何一项。另一方面，量子物理本质上是概率性的，这表明量子计算机可能提供一种合理的方法来克服上述不可能的结果。然而，我们表明，这是不是在一个现实的设置中的情况下，观察（测量）受到噪声。
2006-12-01 quant-ph
QSignAI: Quantum-Randomness-Seeded Identity Signatures at the Intersection of AI for Science and Science for AI
Amazon Web Services（亚马逊网络服务）；Duke Kunshan University（杜克昆山大学）
提出 QSignAI 平台，通过云端量子电路生成量子随机性种子，为社交平台用户提供唯一身份签名，并借助 AI 机器人使量子现象对普通用户可感知。
2026-08-04 cs.AI cs.CR cs.ET
Classical and quantum fingerprinting with shared randomness and one-sided error
在通信复杂性的同时消息传递模型中，在公共硬币假设下，我们推导出具有单侧错误的经典指纹协议的最小可实现的最坏情况错误概率。然后，我们提出了纠缠辅助量子指纹协议，达到最坏情况下的错误概率，突破这个界限。
2005-05-30 quant-ph
What is quantum in quantum randomness?
人们常说，量子随机性和经典随机性具有不同的性质，前者是本体论的，后者是认识论的。然而，到目前为止，“量子随机性中的量子是什么”的问题，即量子化和离散性对随机性的性质有什么影响，仍然有待回答。在第一部分中，我们明确了量子和经典随机性之间的差异，最近提出的量子力学本体论的基础上上下文的客观性。在这种观点中，量子随机性是上下文和量子化的结果。我们表明，这种方法强烈地影响了量子理论的目的，以及它的应用领域。特别是，它挑战了当前受经典还原论启发的计划，旨在从大量量子系统中出现经典世界。在第二部分中，我们分析量子物理学和热力学作为随机性理论，揭示它们的相互影响。最后，我们考虑在量子热力学的新兴领域中打开的量子随机性的新技术应用。
2018-04-13 quant-ph
Quantum-Proof Extractors: Optimal up to Constant Factors
我们给出了一个家庭的量子证明提取器，具有最佳的种子长度依赖$O(\log(n/\varepsilon))$的输入长度$n$和错误$\varepsilon$的第一个建设。我们的提取器支持任何最小熵$k=Ω(\log{n} + \log^{1+α}(1/\varepsilon))$，并提取$m=(1-α)k$位，这些位是$\varepsilon$ -接近均匀的，对于任何期望的常数$α> 0$。以前的构造具有二次差的种子长度，或者被限制为非常大的输入最小熵或非常少的输出比特。我们的结果是基于一个通用的减少表明，任何强大的经典冷凝器是自动量子证明，具有可比的参数。对于萃取器是否存在这种还原是一个长期存在的问题，在这里我们对冷凝器给出了肯定的回答。一旦建立了这种约简，为了获得我们的量子证明提取器，我们只需要考虑高熵源。我们构建量子证明提取器与所需的参数，这样的来源，通过扩展一个经典的方法来提取器的建设，基于使用块源和采样，量子设置。我们的提取器可用于获得改进的协议，以实现与设备无关的随机性扩展和隐私放大。
2016-08-01 cs.CC quant-ph
One-Shot Classical Data Compression with Quantum Side Information and the Distillation of Common Randomness or Secret Keys
在一次性场景中压缩经典信息的任务进行了研究，在解压缩器还可以访问一些给定的量子边信息的设置。在著名的Slepian-Wolf问题的经典-量子混合版本中，发现平滑最大熵控制经典信息可以压缩的比特数，以便可以从压缩版本和量子边信息中可靠地恢复。结合这一结果与已知的隐私放大的结果，然后产生的共同随机性和秘密密钥，可以在一次使用单向经典通信的混合经典量子系统中恢复的数量上的界限。
2012-03-24 quant-ph
Quantum Darwinism, Classical Reality, and the Randomness of Quantum Jumps
追踪量子宇宙中的信息流解释了为什么我们认为世界是经典的。
2014-12-16 quant-ph
Macroscopic randomness for quantum entanglement generation
两个或多个二体实体之间的量子纠缠是量子信息领域的一个核心概念，它直接受海森堡不确定原理的量子叠加控制，具有不确定性和概率性量子特性。这样的量子特征不能通过经典方法产生。在这里，一个纯经典的方法，按需纠缠光对产生的宏观制度通过基础随机性。传统量子力学的这种相互冲突的观点引发了一个关于经典性和量子性的基本问题，叠加是解决这个问题的关键。
2021-03-04 quant-ph
Quantum randomness emerging under gravitational nonlinearity
一个方案概述了量子测量，假设自我维持的经典性是一个有吸引力的引力自相互作用的结果，大质量的机构，和随机性已经出现在经典领域。一个简单的可解模型被用来证明小量子系统以平均场的方式影响大量子系统，为玻恩概率规则提供了一条自然的途径。
2002-04-08 quant-ph
Quantum Randomness and Nondeterminism
量子随机或非确定性算法的概念是否有意义？如果有，量子随机性或非确定性是否增加了力量？虽然合理的量子随机源不会增加计算能力，但对量子随机性的讨论自然会导致对量子态复杂性的几种定义。与经典的弦复杂性不同，确定性和非确定性的量子态复杂性都很有趣。针对决策问题引入了\emph{total quantum nondeterminism}的概念。这个概念可能是古典非决定论的一个适当的扩展。
1996-10-09 quant-ph
Provable Quantum Advantage in Randomness Processing
众所周知，量子优势很难发现，更难证明。例如，经典物理学中可计算的函数类实际上与量子力学中可计算的函数类完全一致。人们强烈相信，但尚未证明，量子计算为一系列问题提供了指数级的加速，例如因子分解。在这里，我们解决的“随机性处理”的计算方案中，量子理论可证明的产量，不仅资源减少经典随机物理，但严格更大的一类问题，可以解决。除了对随机性的性质和可塑性以及量子和经典信息之间的区别的新的基础见解之外，这些结果还提供了利用当前可用的量子技术开发经典难以处理的模拟的潜力。
2015-10-06 quant-ph
Playing Nonlocal Games with Little to No Shared Randomness
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
该研究探讨共享随机性受限的贝尔非局域性经典模型，通过评估线性贝尔泛函刻画无共享随机性的关联，扩展至量子网络时构建非线性不等式，还将其应用于生成有限共享随机性二分场景的熵型贝尔不等式。
2026-08-11 quant-ph
Quantum Mechanics and Algorithmic Randomness
一个经典硬币的长序列投掷产生一个明显随机的比特串，但经典随机性是一种错觉：经典生成的比特串的算法信息内容几乎完全取决于初始条件的描述。这封信提出了一个简单的论点，相比之下，通过投掷量子硬币产生的比特序列几乎可以肯定是真正的（算法上）随机的。这个结果可以被解释为对贝尔无隐变量定理的强化，并且依赖于因果关系和量子纠缠，与贝尔最初的论点类似。
2000-12-13 quant-ph
Quantum random number generation for 1.25 GHz quantum key distribution systems
量子密钥分发（QKD）系统的安全性证明通常假设用户可以访问完全随机的源。最先进的QKD系统在GHz范围内的频率下运行，需要持续GHz的量子随机数生成和获取速率。在本文中，我们演示了这样一个高速随机数发生器。熵源是基于放大的自发发射从掺铒光纤，这是直接收购使用标准的小形状因子可插拔（SFP）模块。该模块连接到QKD系统的现场可编程门阵列（FPGA）。在FPGA中实现了一个实时随机性提取器，并实现了可证明随机位的1.25 Gbps的持续速率。
2015-04-29 quant-ph
Distilling common randomness from bipartite quantum states
研究了利用有限的单向经典通信将两方之间的噪声量子关联转换为无噪声经典关联的问题。在经典-量子关联的特殊情况下，得到了提取的公共随机性和经典通信速率之间的最佳折衷的单字母公式。所得曲线与Hayden，Jozsa和Winter的经典边信息折衷曲线$Q^*(R)$的量子压缩密切相关。对于一般的初始状态，当我们对发送者进行的测量施加一个张量积限制时，我们得到了一个类似的结果，用一个单字母公式;没有这个限制，这个函数的正则化给出了折衷。特别感兴趣的是一个我们称之为状态的“可量化的公共随机性”的量：如果单向经典通信是无界的，则公共随机性在单向经典通信上的最大开销。它是量子态中（总）相关性的操作度量。对于经典-量子关联，它由其关联系综的Holevo互信息给出，对于纯态，它是纠缠熵。在一般情况下，它是由测量和正则化的优化问题;对于可分离状态的情况下，我们表明，这可以是单字母。
2004-04-13 quant-ph
Quantum vs. noncontextual semi-device-independent randomness certification
我们比较量子和经典物理学的力量，从设备的随机性认证，只有部分特征。研究了基于状态判别的随机性证明，并将非语境性作为经典性的概念。一个上下文优势最近被证明存在的国家歧视。在这里，我们开发量子和非上下文的半设备独立的协议，随机数生成的基础上最大置信度的歧视，概括明确和最小错误的状态歧视。我们表明，对于量子窃听者，量子设备可以证明更多的随机性比noncontextual的输入状态时，没有明确的标识。也就是说，量子优于经典。
2021-12-17 quant-ph
Quantum coherence as randomness under classical control
Lund University（隆德大学）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）
针对经典控制隐藏的量子设备，提出基于半定规划层次结构的完整且高效的相干性认证方法，并应用于量子信道相干性保持能力的判定。
2026-10-02 quant-ph
Trevisan's extractor in the presence of quantum side information
随机抽取涉及到纯粹经典信息的处理，因此通常在经典概率论的框架下进行研究。然而，这样的经典处理通常对于应用来说限制太多，其中关于经典随机变量所取值的边信息可以由量子系统的状态表示。这在密码学的上下文中特别相关，其中对手可以利用量子设备。在这里，我们表明，著名的构造范式提取器提出的Trevisan是健全的量子边信息的存在。我们利用这种模式的模块化，给出几个具体的提取器的建设，其中，例如，提取所有的条件（光滑）最小熵的源使用的种子长度多对数的输入，或只需要种子是弱随机的。
2012-06-18 cs.CC cs.CR quant-ph
A complementary relation between classical bits and randomness in local part in simulating singlet state
最近Leggett提出的非定域模型引起了人们对单重态统计模拟的新兴趣。单态统计可以用1比特的经典通信来模拟，而不需要进一步的非局域相关。但是，有趣的是，如果使用非局部盒，单态统计也可以在没有经典成本的情况下模拟。在第一种情况下，输出是完全无偏的，而在第二种情况下，输出是完全随机的。我们提出了一个新的（可能的）信令相关资源，成功地模拟单态统计，这一结果表明，所需的经典位和随机性在本地输出时，经典的通信是由1 cbit的限制，一个新的互补关系。这一结果再现了上述两种模拟模型的极端情况。这也解释了为什么Leggett的非局部模型和Branciard等人提出的模型不能重现单线态的统计。
2011-02-07 quant-ph
Quantum Randomness Generation by Probability Estimation with Classical Side Information
我们开发了一个框架，证明随机性贝尔测试试验的基础上直接估计的测量结果的概率与自适应测试上鞅。试验的数量不需要预先确定，并且可以在期望的随机性量可提取时就提前停止执行试验。它可以用于任意的，部分已知的和时间相关的概率的随机设置的选择。此外，它是适合于应用到实验配置与低贝尔违反每次审判，如目前的光学无环孔贝尔测试。可以适应随时间变化的实验参数。我们制定的框架中的审判概率分布被约束到一个已知的集合的一般情况。对于许多相关配置，具有对数设置熵的随机性扩展是可能的。我们在数值上实现概率估计，并将其应用于原子无环孔Bell测试结果的代表性设置条件概率分布[Rosenfeld等人，物理修订信函119：010402（2017），arXiv：1611.04604（2016）]，以说明随机性、误差、设置熵、未知设置偏差和试验次数之间的权衡。然后，我们表明，概率估计从[Bierhorst等人，arXiv：1702.05178（2017）]并容忍对抗性设置概率偏差。
2018-05-13 quant-ph
Interplay between Quantumness, Randomness, and Selftesting
量子信息处理在量子通信、量子计算等方面显示出与经典处理相比的优势。量子处理的本质在于经典态与量子态的根本区别。对于一个物理系统，在计算基上的相干叠加不同于在同一基上的统计混合态。这种相干叠加赋予了产生真随机数、实现并行计算和其他经典不可能的任务（如量子伯努利工厂）的可能性。考虑到一个系统是由多个部分组成的，不同系统之间非局域地存在的相干叠加称为纠缠。通过适当地操纵纠缠，有可能实现经典手段难以处理的计算和模拟任务。研究量子性、相干叠加和纠缠可以揭示量子优势的起源，并引导新的量子协议的设计。本论文主要研究量子性与随机性产生和自检验量子信息处理这两个信息任务之间的相互作用。我们讨论了如何量子可以用来产生随机性，并表明随机性可以反过来被用来量化量子。此外，我们还引入了伯努利工厂问题，并从理论和实验两方面提出了只有相干性的量子优势。此外，我们展示了一种方法来见证纠缠，是独立的实现的测量。我们还调查了随机性的要求，自我测试任务，并提出了一个随机数生成方案，是独立的随机性源。
2017-03-02 quant-ph
Multiplexed Quantum Random Number Generation
快速安全的随机数生成是高速加密通信的关键，是信息安全的基础。真正随机数的产生取决于所使用的过程的内在随机性，并且通常受到电子带宽和信号处理数据速率的限制。在这里，我们使用多路复用方案来创建一个快速的量子随机数生成器，其结构适合于分布式计算的加密和高比特率数据传输。我们使用七个零差探测器测量的真空波动作为量子随机性源，使用单个集成光学器件进行复用。我们得到一个随机数生成速率为3.08 Gbit/s，从只有27.5 MHz的采样检测器带宽。此外，我们利用系统的多路复用特性来演示一个生成速率为26 Mbit/s的非种子强提取器。
2019-05-06 quant-ph
Quantum Advantage for Shared Randomness Generation
共享相关随机变量是许多信息理论任务的资源，例如隐私放大，同时消息传递，秘密共享等等。在这篇文章中，我们表明，要建立这样一种称为共享随机性的资源，量子系统提供了一个优于经典系统的优势。准确地说，我们表明，适当的，但固定的测量共享的两个量子位的状态可以产生相关性，不能从任何可能的两个经典位的状态。在资源理论的设置中，量子系统的这一特征可以被解释为赢得两个玩家合作游戏的优势，我们称之为“非垄断社会补贴”游戏。结果表明，导致所需优势的量子态必须具有量子不和谐形式的非经典性。另一方面，当通过噪声信道在两方之间分配这种共享随机性的源时，具有零容量以及具有严格小于1的经典容量的量子信道比完美经典信道执行得更有效。这里提出的协议是噪声鲁棒的，因此应该可以用最先进的量子设备实现。
2021-10-22 quant-ph
Quantum Computational Unpredictability Entropy and Quantum Leakage Resilience
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文提出量子计算不可预测性熵，用于在量子计算环境下构建抗泄漏密码学工具。
2025-07-27 quant-ph
Trading locality for time: certifiable randomness from low-depth circuits
产生可验证的随机性是最基本的信息理论任务，它有意义地将量子设备与经典设备分开。我们提出了一个协议的指数认证的随机性扩展使用一个单一的量子设备。该协议要求设备在量子比特的二维晶格上实现一个简单的恒定深度的量子线路。电路的输出可以在线性时间内进行经典验证，并且保证包含多项式数量的经认证的随机位，假设用于生成输出的设备使用亚对数深度的（经典或量子）电路进行操作。这种假设与基于贝尔不等式违反或计算假设的用于随机性认证的局部性假设形成对比。为了证明随机性的产生，器件在恒定的统计距离内从理想的输出分布采样就足够了。我们的过程受到Bravyi等人（Science 2018）最近工作的启发，他们引入了一个可以通过恒定深度量子线路解决的关系问题，但可以证明不能通过任何亚对数深度的经典线路解决。我们将Bravyi等人的发现发展成一个鲁棒随机扩展的框架。我们的建议并不依赖于任何复杂性理论的假设，而是依赖于物理假设，即被测试的对抗设备实现了一个亚对数深度的电路。在经典线性时间中，我们任务的成功可以很容易地得到验证。最后，我们的任务比大多数其他现有的建议，只能容忍乘法误差，或需要额外的复杂性理论的approaches更容噪;相比之下，我们能够允许一个小的常数加性误差的总变化之间的距离采样和理想的分布。
2019-01-11 quant-ph
Intrinsic randomness as a measure of quantum coherence
根据量子力学理论，测量中的内在随机性是量子效应区别于经典效应的重要标志。从态的角度来看，这种量子特性可以概括为在特定（经典）计算基础上的相干或叠加。最近，Baumgratz等人将相干性视为一种物理资源，为一致性措施提出一个全面框架。在这里，我们提出了一个量子相干性测量本质上使用的测量的内在随机性。本文提出的连贯性测度为连贯性资源理论的完善提供了一个答案。同时，我们表明相干蒸馏过程可以被视为量子提取，可以被视为经典随机数提取的等价过程。从这个观点出发，所提出的相干性度量也阐明了量子相干性的操作方面。最后，我们的结果表明两种类型的量子性-相干和纠缠之间有很强的相似性。
2017-03-31 quant-ph
Minimalist design of a robust real-time quantum random number generator
本文提出一种基于单光子探测器点击时间间隔的极简实时量子随机数发生器，通过查找表实现确定性随机性提取，实现每次点击1比特、1.2 Mbit/s的生成速率。
2015-07-08 quant-ph
Catalytic quantum randomness
随机性是自然界中混合过程的定义元素，也是量子信息中许多协议的基本成分。在这项工作中，我们研究了将一个给定的量子态转换成另一个量子态需要多大的随机性。具体地说，我们要问的是，与量子随机性源相比，经典随机性源的功率之间是否存在差距。我们提供了一个完整的答案，这些问题，通过确定可证明的最佳协议的经典和量子源的随机性，基于一个移相建设。我们发现，为了在$d$ -维量子系统上实现任何噪声跃迁，有一个$\sqrt{d}$维的随机性量子源或一个$d$维的经典随机性量子源是必要且充分的.有趣的是，随机源中的量子态提供的相干性提供了二次优势。我们构建的过程具有稳健和催化的额外特征，即，随机性的来源可以被重复使用。在此正式框架的基础上，我们说明，这种退相建设可以作为一个有用的原始平衡和量子信息理论：我们讨论的应用程序描述最小的测量设备，捕获最小的平衡环境所允许的量子力学，或形成加密的私人量子信道的基础。我们补充的精确分析与讨论的基础上，量子扩展来自离散Weyl系统的近似协议。这就产生了尺度非常小的平衡环境。我们的研究结果突出了随机性的奇怪特征，即残差相关性和维数可以相互交易。
2019-02-06 quant-ph
Full randomness from arbitrarily deterministic events
自然界中是否存在完全不可预测的事件？经典理论是完全确定性的，完全排除了基本的随机性。相反，量子理论在其公理结构中允许随机性。然而，一个理论只在概率方面做出预测的事实并不意味着自然界中存在任何形式的随机性。那么问题仍然是人们是否可以证明随机性独立于所使用的物理框架。虽然标准的贝尔测试从这个角度来处理这个问题，但它们需要事先的完美随机性，这使得这种方法是循环的。最近，已经表明，可以使用几乎完美的随机比特来证明完全随机性。在这里，我们证明，完全随机性确实可以使用量子非局域性下的最小可能的假设：存在一个源的任意弱（但非零）的随机性和不可能的瞬时信号。因此，我们面临着一个严格的二分法选择：要么我们的世界是完全确定的，要么自然界中存在完全随机的事件。除了基本的影响，我们的研究结果代表了一个量子协议的完全随机性放大，一个信息的任务，已知是不可能的经典。最后，它们在最小的假设下为设备无关协议开辟了一条新的道路。
2012-10-24 quant-ph
Experimental implementation of bias-free quantum random number generator based on vacuum fluctuation
实验证明，通过测量量子态的真空涨落，实现了一种具有实时随机性提取的无偏置光量子随机数发生器，可直接输出均匀分布的随机数。该方案利用相位调制器，有效降低了实际器件不完善引起的发生器两臂偏差的影响，是量子随机数发生器领域的一种创新方案。在反馈调制频率比相位抖动快得多的情况下，可以通过补偿信号与其平均值之间的附加减法来获得无偏结果，以消除残余偏差。采用跟随随机性提取器消除实际系统中由于器件不完善而引入的残余边信息的影响。
2019-04-22 quant-ph
A study of chaos and randomness in quantum systems
本研究针对经典混沌的量子印记问题，通过量子受击陀螺模型发现深量子区存在经典混沌痕迹，还提出利用最大混态随机性的OTOC高效测量量子算法，实现指数级加速并可用于幺正门基准测试。
2024-02-01 quant-ph
Experimental Quantum Bernoulli Factories via Bell-Basis Measurements
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
该研究通过贝尔基测量在IBM超导硬件上实现了量子伯努利工厂，展示了量子资源在随机性处理中的优势，包括实现经典无法构造的伯努利倍增函数和公平硬币。
2026-08-20 quant-ph
Strong experimental guarantees in ultrafast quantum random number generation
我们描述了量子随机数生成（QRNG）实验声明的证明方法和标准，类似于精密测量的成熟方法。对于适当构造的物理实现，量子对平均最小熵的贡献的下限可以从对QRNG输出的测量中导出。给定这些界限，随机性提取器允许生成几乎完美的“ε-随机”比特流。实验不确定性的分析，然后给出实验得出的这些序列的ε随机性的置信水平。我们证明了该方法的应用程序相扩散QRNG，驱动的自发发射作为一个可信的随机性源。所有其他因素，包括经典的相位噪声、幅度波动、数字化误差和由于有限检测带宽引起的相关性，都要谨慎对待，即，假设最坏的可能行为与观察结果一致。采用数据约束下的数值优化方法对不可信参数的分布进行优化，以降低平均最小熵。在这种偏执的分析下，QRNG仍然有效，在0.99993的置信水平下，用8位数字化产生每个符号至少2.3个量子随机位，用二进制数字化产生每个符号至少0.83个量子随机位。结果表明，超快QRNG具有强有力的实验保证。
2015-01-13 quant-ph
Device Independent Random Number Generation
随机性是当今生活中的一种宝贵资源，其广泛用途从数值模拟到随机算法再到密码学。然而，在经典水平上，没有真正的随机性是可用的，甚至在测量设置中使用简单的量子器件也缺乏稳定性和可控性。这就产生了一组量子协议，它们提供了通过经典统计测试验证的随机性--设备无关的量子随机数发生器。在本文中，我们回顾了这一领域中最相关的结果，它允许在量子器件的帮助下产生几乎完美的随机性，并辅以任意弱的额外随机性源。事实上，这是人们所能希望达到的最好结果，因为没有初始随机性（对应于另一个概念中的自由意志），即使是量子世界也会有完全确定性的描述。
2015-02-23 quant-ph
An unsupervised feature learning for quantum-classical convolutional network with applications to fault detection
量子神经网络结合了量子计算和神经网络的优点，近年来受到了广泛的关注。然而，由于量子资源的缺乏，训练量子神经网络的代价很高。在这项工作中，我们提出了一种简单的无监督方法，用于量子经典卷积网络学习量子特征提取器的层次结构。每个级别的特征提取器由多个量子卷积滤波器组成，后面是池化层。该方法的主要贡献是利用$K$ -均值聚类来最大化量子线路模拟中量子特性的差异。轴承故障检测实验表明了该方法的有效性。
2021-07-17 quant-ph
Quantum Measurement Adversary
本文提出量子测量敌手 qm-adv 与量子通信敌手 qc-adv，统一现有量子多源敌手模型，并证明内积提取器、抗量子 non-malleable-extractor 及弱源隐私放大协议的安全性。
2023-06-06 cs.CR quant-ph
