Randomness amplification against no-signaling adversaries using two devices
最近，一个物理上现实的协议，放大的随机性Santha-Vazirani源产生加密安全的随机位被提出;然而，由于实际相关性的原因，关键的问题仍然是开放的，这是否可以在必要的最低条件下完成任务。也就是说，是否有可能仅使用两个无信令组件并且在违反贝尔不等式仅保证特定输入的设备的某些结果表现出随机性的情况下实现随机性放大？在这里，我们解决了这个问题，并提出了一个独立于设备的协议，随机放大的Santha-Vazirani源使用的设备组成的两个非信令组件。我们表明，该协议可以放大任何这样的来源，是不完全确定的一个完全随机的源，同时容忍一个恒定的噪声率，并证明了组合安全的协议对一般的无信号的对手。我们的主要创新是证明，即使是部分随机性认证的两方贝尔测试（一个单一的输入输出对（$\textbf{u}^*, \textbf{x}^*$）的条件概率$P(\textbf{x}^* | \textbf{u}^*)$是有界远离$1$的所有无信号策略，最佳地违反了贝尔不等式）可以用于放大。我们介绍的方法，部分层析过程中获得的经验统计贝尔测试，确保输出构成一个线性最小熵源的随机性。作为一个技术新颖性，可能是独立的利益，我们证明了Santha-Vazirani源满足指数浓度属性给出了最近发现的广义Besloff界。
2016-12-01 quant-ph
Robust Device Independent Randomness Amplification
在随机性放大中，稍微随机的源用于产生改进的随机源。也许令人惊讶的是，一个单一的随机性来源根本不能被经典地放大。然而，如果我们把量子力学所允许的相关性看作是一种额外的资源，情况就不同了。在这里，我们提出了一个协议，放大Santha-Vazirani源任意接近确定性完全随机源。该协议是独立于设备的，仅取决于所观察到的设备的统计数据和不同设备之间的无信令原理的有效性。它在两个方面改进了先前已知的协议。首先，该协议是容忍噪声，使即使是嘈杂的量子力学系统产生良好的设备的协议。其次，它更简单，基于违反四方贝尔不等式和XOR作为散列函数。作为一种技术工具，我们证明了一个新的de Finetti定理的子系统是从Santha-Vazirani源。
2013-08-21 quant-ph
Infinite Randomness Expansion and Amplification with a Constant Number of Devices
我们提出了一个设备无关的随机性扩展协议，只涉及一个常数数量的非信令量子设备，实现\emph{infinite expansion}：从统一的私有随机性的$m$位开始，该协议可以产生无限数量的认证随机性，即$\exp(-Ω(m^{1/3}))$ -接近均匀和安全的量子对手。依赖于输入大小的唯一参数是协议的可靠性和输出的安全性（在$m$中两者都是逆指数）。这解决了随机性扩展和设备独立性领域长期存在的问题。我们的协议的分析涉及克服\emph{adaptive}设备无关协议的研究中的基本挑战。我们的主要技术贡献是设计和分析的设备无关的协议是\emph{Input Secure}，也就是说，他们的输出是保证对量子窃听者，\emph{even if the input randomness was generated by that same eavesdropper}是安全的！输入安全性的概念可能对其他领域（例如与设备无关的量子密钥分发）具有独立的兴趣。
2014-04-01 quant-ph
Practical randomness amplification and privatisation with implementations on quantum computers
提出基于Bell测试的端到端随机性放大与私有化协议，构建设备无关随机数生成器，在多台量子计算机上以半设备无关方式生成近乎无偏且私有的随机数。
2023-03-29 quant-ph
Exploiting the randomness of the measurement basis in quantum cryptography: Secure Quantum Key Growing without Privacy Amplification
我们认为Alice和Bob选择测量基的随机性为量子密码学提供了一个额外的重要资源。作为一个具体的应用，我们提出了一种新的量子密钥分发（QKD）协议，该协议通过在密钥筛选过程中对经典信道上发送的信息进行加密来增强BB84方案。我们表明，在长密钥的限制下，这个过程可以防止窃听者重现合法用户进行的筛选过程。窃听者无法筛选通过窃听量子信道收集的信息，这减少了窃听者可以从筛选的密钥上获得的信息量。我们进一步表明，所提出的协议是自我维持的，从而允许增长的秘密密钥。
2004-08-30 quant-ph
Practical No-Signalling proof Randomness Amplification using Hardy paradoxes and its experimental implementation
设备无关（DI）安全是量子密码的最佳形式，提供基于自然法则的信息理论安全。在其最高形式中，安全性是有保证的，只受到相对论的非超光速信号规则的限制。随机性放大的任务，从弱随机种子开始生成安全的完全均匀的比特，是密码学和基础的兴趣，对于生成密码学安全的随机数以及将深度连接到自由意志的存在是重要的。到目前为止，用于这一基本任务的DI无信号证明协议依赖于称为伪心灵感应游戏的非定域性的深奥证明，复杂的多方设置或高维量子系统，并且仍然无法实现实验实现。在本文中，我们构建了第一个实际相关的无信令证明DI协议的随机性放大的基础上，最简单的贝尔非局域性的证明，并说明他们在量子光学设置使用偏振光子的实验实现。从技术上讲，我们将这个问题与哈代悖论的广阔领域联系起来，如果没有哈代悖论，就不可能在最简单的贝尔非局域性场景中实现任意弱源的放大，该场景由两个二进制输入之间的两个选择组成。此外，我们确定了著名的Kochen-Specker定理的证明和哈代悖论，使我们能够构建哈代悖论与非零概率采取任何值在$(0,1]$之间的深刻联系。我们的方法使我们能够在实验的公平采样假设下，从最初的私人随机源$0.1$远离均匀的实验数据收集的$20$小时中实现高达$25$位的随机性。
2020-09-23 quant-ph
No-signaling-proof randomness extraction from public weak sources
从弱随机种子中提取随机性是密码学中的一个重要课题。弱随机性源可以被认为是私有的或公共的，其中公共源（例如NIST随机性信标）在随机比特生成后广播随机比特。从弱公共源中提取与设备无关的随机性以对抗无信令对手的问题仍然是开放的。在本文中，我们展示了设备无关和单侧设备无关的随机性放大协议，这些协议来自使用有限数量的设备的弱公共Santha Vazirani（SV）源，并且对无信号的对手是安全的。具体地，在设备行为如量子力学所规定的假设下，协议允许针对任意初始$ε\in [0,0.5)$放大公共$ε$-SV源。另一方面，当仅假设设备的组件之间没有信令时，协议允许放大有限的一组弱公共SV源。
2021-09-28 quant-ph
Certified randomness amplification by dynamically probing remote random quantum states
研究在Quantinuum Helios量子处理器上动态探测远程纠缠态，实现跨网络的认证随机性放大，在64量子比特随机电路上达0.586保真度，将低熵不完美随机源转化为近乎完美的随机性。
2025-11-05 quant-ph
On-Chip Quantum Randomness Amplification
The University of Hong Kong（香港大学）；HKU-Oxford Joint Laboratory for Quantum Information and Computation（港大-牛津量子信息与计算联合实验室）；University of Oxford（牛津大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理珀米特研究所）
基于硅光芯片实现半设备无关随机性放大，通过新熵认证技术达到20 Mbps速率，适用于实际应用。
2026-06-11 physics.optics quant-ph
Private Weakly-Random Sequences from Human Heart Rate for Quantum Amplification
我们研究了心率是否可以被视为半随机源，其目的是通过量子设备进行放大。我们使用一个半随机源模型称为$ε$ -Santha-Vazirani源，它可以通过量子协议放大，以获得完全私有的随机序列。我们分析了从不同性别和年龄的人的动态心电图（ECG）记录获得的连续心跳之间的时间间隔。我们提出了几个变换的原始时间序列到二进制序列。我们进行了不同的统计随机性测试和估计质量参数。我们发现，心可以被视为足够好，私人的性质，随机性的来源，每个人都拥有。因此，原则上，它可以用作量子设备独立的随机性放大协议的输入。从医学的角度来看，正确解释的$ε$参数可以潜在地用作人类心脏的新特征。
2021-07-27 quant-ph
Randomness from causally independent processes
本文研究因果独立信道产生的随机性，证明在足够随机性条件下可提取均匀随机性，推广了独立性假设，并应用于设备无关随机性放大，放宽了对手侧信息限制。
2025-10-06 cs.CR quant-ph
No Bound Randomness in Quantum Nonlocality
本文证明量子非定域性中不存在有界随机性，任何非定域行为均可用于设备无关随机性生成，并引入平均猜测概率作为非定域性的忠实度量，解析计算了CHSH测试中的该概率以提升放大协议生成率。
2025-09-10 quant-ph
Tilted Hardy paradoxes for device-independent randomness extraction
本文提出倾斜Hardy悖论族，实现对一般两量子比特纠缠态的自测试和局域随机性认证，并提升任意偏置SV源的设备无关随机性放大效率，同时给出高维最大纠缠态的Hardy测试以提取最大全局随机性。
2023-09-12 quant-ph
Amplifying the randomness of weak sources correlated with devices
到目前为止，在假设随机性的弱源与放大过程中使用的（量子）设备不相关的情况下，研究了针对无信号对手的设备无关的随机性放大问题。在这项工作中，我们放松了这一假设，并重新考虑了Colbeck和Renner使用Santha-Vazirani（SV）源的原始协议。为此，我们引入了一个类似SV的条件的设备，即任何SV源位串保持弱随机条件下的任何其他位串从同一SV源和输出时，得到这个进一步的字符串输入到设备。假设这个条件下，我们表明，一个量子设备使用~单态违反链式贝尔不等式导致完全随机性的渐近情况下，大量的设置，为一组有限的SV源（与$0 \leq \varepsilon < (2^{(1/12)} - 1)/(2(2^{(1/12)} + 1)) \approx 0.0144$）。我们还研究了一个独立于设备的协议，该协议允许在协议中使用的盒子序列和SV源位之间的相关性，用于选择特定的盒子，从其输出的随机性获得。假设设备的SV-样条件，我们表明，诚实的一方可以实现放大的弱源，参数范围$0 \leq \varepsilon<0.0132$，对一类攻击作为混合物的产品盒序列，由极端无信令盒，具有额外的对称条件。针对这类攻击提供了可组合的安全性证明。
2018-11-13 quant-ph
randextract: a Reference Library to Test and Validate Privacy Amplification Implementations
针对量子密钥分发中 privacy amplification 步骤的正确性验证需求，本文提出了参考库 randextract，用于测试和验证 privacy amplification 的实现，以保障量子密码协议的最终安全性。
2025-05-30 cs.CR quant-ph
Optimal Second-Order Rates for Quantum Soft Covering and Privacy Amplification
研究了针对量子边信息的量子软覆盖和隐私放大问题。前一个任务的目标是通过从先验分布中采样并查询量子信道来近似量子态。后一项任务旨在提取统一和独立的随机性来对抗量子对手。对于这两个任务，我们使用跟踪距离来衡量处理状态和理想目标状态之间的接近程度。我们表明，实现$\varepsilon$覆盖的最小数量的样本是由$(1-\varepsilon)$ -假设检验信息（与额外的对数加法项），而最大的可提取的随机性的$\varepsilon$秘密提取器的特征在于由条件$(1-\varepsilon)$ -假设检验熵。当执行独立且相同的任务重复时，我们的一次性特征会导致上述运算量的严格渐进展开。我们建立了它们的二阶速率，分别由量子互信息方差和量子条件信息方差给出。此外，我们的结果扩展到中等偏差制度，这是最佳的渐近速率时，迹距离消失在亚指数速度。我们的证明技术是直接分析的轨迹距离没有平滑。
2022-02-23 cs.CR cs.IT math.IT
Strong Converse for Privacy Amplification against Quantum Side Information
以迹距离为安全判据，建立了针对量子边信息的隐私放大的一次强逆界。这个强逆界意味着，在独立和相同的情况下，迹距离指数收敛到一个在每个有限块长度时，提取的随机性的速率超过量子条件熵。所建立的单次界可用于限制经典量子窃听信道编码和量子信道上的保密通信的信息泄漏。也就是说，当散列中使用的随机率超过量子互信息时，Alice和Escherdropper的联合状态与其解耦状态之间的迹距离消失。另一方面，当速率低于量子互信息时，迹距离收敛于1，导致指数强逆。我们的结果还导致了熵累积的指数强逆，这补充了Dupuis [arXiv：2105.05342]最近的结果。最后，我们的结果及其应用适用于中等偏差区。也就是说，我们描述的渐近行为的轨迹距离时，相关的速率接近基本阈值的速度慢于$O(1/\sqrt{n})$。
2022-02-21 cs.CR cs.IT math.IT
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
Generic Number-of-Copies Amplification for Pseudorandom States
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
提出一种通用方法，将抗单副本区分的伪随机态（1-PRS）放大为抗t副本区分的t-PRS，无需额外假设，适用于任意多项式t。
2026-06-28 cs.CR quant-ph
Privacy amplification scheme based on composite coding
保密放大是量子密钥分发后处理中不可缺少的一个步骤，可以用来压缩共享密钥的冗余，提高密钥的安全级别。常用的隐私放大是基于通用哈希函数的随机选择，需要额外的随机源的帮助，而一般情况下并不存在。本文提出了一种基于复合编码的隐私放大方案，它是量子CSS码对经典线性码的推广。与通用散列函数相比，该方案不需要其他随机源，随机性完全由量子比特串提供。此外，在复合编码中，用于提取密钥的信息论界是明显的。
2021-09-15 quant-ph
Semi-device independent randomness certification using Mermin's proof of Kochen-Specker contextuality
随机性是密码学、模拟和算法的潜在资源。非本地相关违反贝尔不等式证明生成的位串，其随机性是保证在一个设备无关的方式。通过Kochen-Specker（KS）上下文，我们提供了有趣的半设备无关的随机性认证协议。为此，我们首先将两量子比特系统KS上下文性的Mermin幻方证明转化为一个半设备独立的通信博弈。这提供了两比特随机性的半设备独立认证。利用Mermin对三比特系统KS定理的幻星证明，证明了三比特系统的随机性。我们猜想，我们的建议可以扩展到证明任何任意位的随机性，通过一个合适的KS证明的上下文有效的高维系统。
2020-12-27 quant-ph
Finite Device-Independent Extraction of a Block Min-Entropy Source against Quantum Adversaries
本文提出一种设备无关协议，仅用两个空间分离组件即可从单个块最小熵源中放大随机性，并证明其对一般量子对手的安全性，解决了以往需要大量设备的问题。
2023-04-19 quant-ph
Semi-device-independent randomness expansion with partially free random sources
S. Pironio等人[Nature 464，1021-1024（2010）]和R. Colbeck等人[Nature Physics 8，450-453（2012）]证明了可以通过使用完全自由的随机源或部分自由的随机源作为种子来生成新的随机性。随后，Li等人[Phys.Rev.A84，034301（2011）]在半设备无关的框架中研究了该主题，并证明了可以从完全自由的随机源获得新的随机性。在这里，我们讨论了部分自由随机源是否以及如何给我们带来新的随机性在半设备无关的情况下。提出了一种具有部分自由随机源的半设备无关随机性扩展协议，并得到了部分自由随机源产生新随机性所应满足的条件。在分析的过程中，我们得到了一个新的二维量子见证。进一步，我们得到了生成的随机性与二维量子见证破坏之间的解析关系。
2015-03-30 quant-ph
Device-independent randomness extraction for arbitrarily weak min-entropy source
弱随机性的扩展和放大在许多安全协议中起着至关重要的作用。使用量子设备，即使不信任所使用的设备，也可以通过利用设备的部分结果之间的相关性来实现这样的过程。我们在这里展示了如何在设备独立设置中从单个任意弱最小熵源中提取具有任意低偏置的随机比特。为此，我们使用表现出超经典相关性的Mermin设备。使用的设备数量与随机序列$n$的长度成多项式关系。我们的协议是强大的，它可以容忍设备故障的概率下降多项式$n$在成本的设备使用的数量略有增加。
2014-03-14 quant-ph
Total insecurity of communication via strong converse for quantum privacy amplification
量子保密放大是量子密码学的核心任务。给定共享随机性，它最初与窃听者持有的量子系统相关，目标是提取与后者解耦的均匀随机性。这个任务的最佳速率是已知的，以满足强逆属性，我们提供了一个下界相应的强逆指数。在强逆区域中，协议的最终状态与期望解耦状态的距离在渐近极限处指数快速收敛到其最大值。我们表明，这必然会导致完全不安全的通信建立窃听者可以推断出任何发送的消息的确定性，当给定非常有限的额外信息。事实上，我们证明，在强逆区域，窃听者有一个指数的优势，正确推断发送的消息，相比，可验证性区域。此外，我们建立了以下技术结果，这是我们的证明的中心，是独立的利益：平滑参数的平滑最大相对熵满足强逆性质。
2022-02-22 cs.IT math-ph math.IT
Higher rates for semi-device-independent randomness expansion by recycling input randomness
King’s College London（伦敦国王学院）；University of York（约克大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）
本文提出两种半设备无关随机性扩展协议，在准备-测量设置中，假设源和测量设备不可信，仅信任测试设备。一种协议通过回收输入随机性扩展，另一种通过偏置输入分布在无法回收时扩展。结果表明在实验条件下可实现高随机性速率。
2026-04-07 quant-ph
Stoquastic PCP vs. Randomness
作为NP的概率版本，MA的去随机化是一个长期存在的开放问题。在这项工作中，我们将这个问题与另一个主要问题的变体联系起来：量子PCP猜想。我们的联系通过Bravyi和Terhal对MA的令人惊讶的量子表征。他们证明了确定一致随机局部哈密顿量的基态能量是零还是逆多项式问题的MA-完全性。我们表明，这个问题的缺口版本，即决定如果一个给定的均匀随机局部哈密顿是挫折免费或具有能量至少有一些常数$ε$，是在NP。因此，如果对于均匀随机局部哈密尔顿算子存在间隙放大过程（类似于原始PCP定理中约束满足问题的间隙放大过程），则MA = NP（反之亦然）。此外，如果这个缺口扩增过程表现出一些额外的（自然的）性质，那么P = RP。我们认为这项工作开辟了一系列丰富的新方向，可能会导致量子PCP和去随机化的进展。我们还提供了两个小的潜在利益的副作用的结果。首先，我们能够推广我们的结果，表明，如果一个统一的随机局部哈密顿具有可忽略的或恒定的挫折也可以解决NP。此外，我们的工作揭示了一个新的MA-完全的问题，我们称之为SetCSP，表示在古典的限制字符串的位，我们在附录中定义。据我们所知，这是第一个（可以说）自然MA完全问题在非量子CSP语言。
2019-10-09 cs.CC quant-ph
Robust Randomness Amplifiers: Upper and Lower Bounds
最近的一系列工作，最初的动机是研究纠缠的非局部性质，证明了信息理论上证明的随机性的来源只能基于两个简单的假设：一个短的随机种子的先验存在和确保两个黑盒设备不通信的能力（即非信号）。我们称协议实现这种认证的放大短随机种子随机性放大器。我们介绍了一个简单的框架，我们开始系统的研究随机性放大器的可能性和局限性。我们的主要结果包括一个新的，改进的分析，一个强大的随机性放大器的指数扩张，以及第一个上限的最大扩展可实现的广泛的一类随机性放大器。特别是，我们表明，非自适应随机性放大器，是强大的噪声不能实现超过双指数扩展。最后，我们表明，广泛的一类协议的基础上使用的CHSH游戏只能导致（单）指数扩张，如果敌对设备被允许的非信令策略的全部权力。我们的上限结果适用于所有已知的非自适应随机放大器的建设。
2013-06-23 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
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
Sequential Semi-Device-Independent Quantum Randomness Certification
Lund University（隆德大学）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）
该研究在半设备无关量子随机性认证场景下，采用序列最大置信测量，构建通用框架与数值方法，提出基于半定规划对偶性的最小权衡函数计算技术，确立了序列测量链上随机性分发与认证的充分判据。
2025-10-22 quant-ph
Improving semi-device-independent randomness certification by entropy accumulation
本研究利用推广到制备-测量设置的熵累积定理，改进半设备无关随机性认证，支持有限大小分析，无需独立同分布假设，并在不可信测量下展示改进效果。
2025-08-21 quant-ph
Semi-device-independent randomness certification on discretized continuous-variable platforms
Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学国际物理研究所）；QuIIN - Quantum Industrial Innovation, EMBRAPII CIMATEC Competence Center in Quantum Technologies, SENAI CIMATEC（QuIIN量子工业创新，EMBRAPII CIMATEC量子技术能力中心，SENAI CIMATEC）；Center for Macroscopic Quantum States bigQ, Department of Physics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学宏观量子态bigQ研究中心）
本文提出一种针对连续变量实现的半设备无关随机性认证方案，通过限制光子态制备到二能级福克子空间，证明在存在现实损耗和参考系偏移的情况下，简单光学装置可实现维度见证违反，认证正min-熵。
2026-04-09 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
Detection efficiency and noise in semi-device independent randomness extraction protocol
本文分析了半器件无关量子信息处理协议中的几个关键问题。在实际的实验实现中，只有当所使用的检测器的效率高于某个阈值时，才有可能在该场景中生成随机性。我们的分析表明，在对称设置中的临界检测效率为0.7071，而在不对称设置中，如果其中一个碱基具有完美的临界检测效率，则另一个可以任意接近0。我们还分析了半设备无关的随机数生成效率的基础上不同的平均猜测概率。为了产生更多的随机性，应该应用适当的平均方法。它的选择取决于某个维度见证的价值。更重要的是，给出了最大平均猜测概率与维数证据之间的一般解析关系。
2015-02-05 quant-ph
Improvements on Device Independent and Semi-Device Independent Protocols of Randomness Expansion
本文研究了设备无关与半设备无关随机性扩展协议，利用熵累积定理分析有限轮次可提取随机性，提出回收输入随机性等增强协议以提升速率与安全性，并探讨了Boxworld信道的识别准则。
2023-11-22 quant-ph
Increased Certification of Semi-device Independent Random Numbers using Many Inputs and More Postprocessing
与维度大于2的系统的量子通信在信息处理任务中提供了优势。例子包括更高的密钥分发率和随机数生成率。使用这种多维量子系统的主要缺点是实验装置的复杂性增加。在这里，我们分析了一个不那么明显的问题：随机性认证和实验数据后处理的计算要求之间的关系。特别是，我们认为半设备独立的随机性认证从实验中使用的四维量子系统违反经典的约束的随机访问码。使用最先进的技术，一个较小的量子违反需要更多的计算能力来证明随机性，这在某些时候对于今天的计算机来说是不可能的，尽管随机性（可能）仍然存在。我们表明，通过将更多的实验输入设置用于随机性认证，然后通过对对应于量子违反的实验数据进行更多的计算后处理，可以增加认证的随机性。此外，我们介绍了一种方法，显着降低了计算复杂度的随机性认证。我们的研究结果显示了如何在不改变硬件的情况下产生更多的随机性，并为未来的半设备独立协议指明了一条道路。
2016-06-22 quant-ph
Semi-device independent randomness from d-outcome continuous-variable detection
最近，半设备无关协议引起了越来越多的关注，保证安全的假设少，实验简单。在本文中，我们展示了一个多结果方案与二进制相移键控（BPSK）的半设备无关的协议的基础上的能量假设。我们在理论上证明了d-结果系统的认证随机位的数量优于标准方案（二进制结果）。此外，我们比较了两个著名的测量方案，零差和外差检测的结果。最后，考虑到实验的不完善性，我们讨论了d-结果设计的实验可行性。
2020-09-18 quant-ph
Quantum randomness generation via orbital angular momentum modes crosstalk in a ring-core fiber
本研究针对光轨道角动量在量子随机数生成中受关注不足的问题，利用环芯光纤中轨道角动量模式串扰的内禀随机性构建生成器，实现设备依赖型方案且速率超10 Mbit/s，还提出半设备无关方案，为相关研究提供新起点。
2021-10-12 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
Practical Semi-Device Independent Randomness Generation Based on Quantum State's Indistinguishability
半设备无关（Semi-DI）量子随机数发生器（QRNG）在安全应用中获得了关注，在安全性和生成速率之间提供了良好的权衡。本文提出了一种基于测量和测量方案的原理证明时间元编码半DI QRNG实验。该协议需要两个简单的假设和一个可测量的条件：准备脉冲能量的上限。我们从能量界和输入输出相关性中降低条件最小熵，确定可以被证明的真正随机性的数量。此外，我们提出了一个广义的优化问题的边界的最小熵的情况下，多输入和结果的半定规划（SDP）的形式。该协议进行了测试，一个简单的实验设置，能够实现两种配置的三进制时间仓编码方案。实验装置易于实施，包括电信波长的商用现成（COTS）组件，提供安全和可认证的熵源。易于实现，可扩展性，高安全级别和输出熵的组合使我们的系统成为商业QRNG的一个有前途的候选人。
2021-05-04 quant-ph
Phase randomness in a gain-switched semiconductor laser: stochastic differential equation analysis
从理论上分析了增益开关半导体激光器作为量子熵源的相位随机性。数值模拟表明，相扩散r.m.s.表现出对偏置电流的非线性依赖性，这可能具有重要的实际意义，特别是在高速光量子随机数发生器的应用中。结果表明，激光脉冲之间的相位扩散不能总是假设表现出所需的效率，特别是在高脉冲重复率。它还揭示了增益饱和显着影响的r.m.s.相位扩散的值，并且本质上决定其对泵浦电流的依赖性的非线性程度。
2020-11-20 physics.optics quant-ph
Semi-device-independent quantum randomness certification in semiconductor spin-noise measurements
School of Physical and Chemical Sciences, Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院物理与化学科学学院）；Experimentelle Physik 2, Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学第二物理系）
本研究通过半设备无关协议认证半导体自旋噪声的量子随机性，无需微观模型，利用半定规划获得高熵率，较早期方法提升两个数量级。
2026-09-10 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
Squeezed-state semi-device-independent quantum randomness generation
Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）
研究使用可信二元纯态源和具有经典边信息的不信任二元探测器的半设备无关量子随机数生成，推导出闭式香农率表达式，并发现包含确定性极值点可显著降低认证率，最后应用于压缩相干BPSK源。
2026-06-02 quant-ph
Randomness can be certified in energy-constrained semi-device-independent scenarios
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Inria（法国国家信息与自动化研究所）；ENS de Lyon（里昂高等师范学院）；UCBL（里昂第一大学）
该研究将Navascués-Pironio-Acín层级适配能量受限场景，构造半定规划松弛，证明即使存在全量子敌手，能量受限的半设备无关框架中仍可实现认证随机性生成。
2026-08-28 quant-ph
Private Randomness Expansion With Untrusted Devices
随机性是许多应用的重要资源，从赌博到安全通信。然而，保证来自候选随机源的输出不可能被外部预测是一项具有挑战性的任务，并且今天使用的许多假定的随机源不能提供这样的保证。这个问题的量子解决方案是存在的，例如一种设备，它内部发送光子通过分束器并观察它出现在哪一侧，但目前，这种解决方案需要用户信任设备的内部工作。在这里，我们试图超越这一限制，询问是否可以使用不可信的设备产生随机性-即使是由对抗代理创建的设备-同时提供保证，没有外部方（包括代理）可以预测它。由于这很容易被视为是不可能的，除非用户有一个最初的私人随机字符串，我们在这里研究的任务是私人随机性扩展。我们介绍了一个协议，私人随机性扩展与不可信的设备，其目的是作为输入的初始私人随机字符串，并作为输出产生一个较长的私人随机字符串。我们指出，私人随机性扩展协议通常容易受到攻击，可以使初始字符串部分不安全，即使该字符串只在一个安全的实验室内使用，我们的协议的目的是消除这种以前未考虑的漏洞的隐私放大。我们还讨论了扩展我们的协议，旨在从有限的初始私有随机字符串生成任意长的随机字符串。这些协议对最一般的攻击的安全性是一个悬而未决的问题。
2011-03-01 quant-ph
Properties of dimension witnesses and their semi-definite programming relaxations
在本文中，我们开发了一种研究半设备无关随机扩展协议的方法，该协议在[Li et al.，Phys. Rev. A $\mathbf{87}$，020302（R）（2013）]。这种方法允许下界，半定规划，随机数生成器的基础上维证人获得的随机性。我们还研究了使用这种方法的一些随机性扩展的鲁棒性。我们显示的作用，一个假设的痕迹的测量算子和一种方法来避免它。该方法也推广到系统的任意尺寸，并为更一般形式的维证人，比它的前一份文件。最后，我们介绍了一个降维的过程，它可以用来从一个现有的证据，以获得一个新的具有更高的可证明的随机性。所提出的方法可用于实验[Ahrens等人，物理修订版信函$\mathbf{112}$，140401（2014）]。
2014-05-15 quant-ph
Combining Error Verification and Privacy Amplification in Quantum Key Distribution
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究针对量子密钥分发协议，提出将错误验证与隐私放大合并为单步哈希过程的方案，证明其在密钥率不变、安全参数微调下可保证安全性，能降低经典后处理等的复杂度与资源需求。
2026-10-09 quant-ph
Correlations and randomness generation based on energy constraints
在以前的论文中，我们介绍了一个半设备无关的方案，由一个不可信的源发送量子态到一个不可信的测量设备，与唯一的假设，由源发射的状态的平均能量是有界的。考虑到这种能量约束，我们证明了源和测量设备之间的某些相关性只有在测量结果是不确定的情况下才会发生，即，这些相关性证明了随机性的存在。在本文中，我们进一步展示了如何量化的随机性作为一个函数的相关性，并证明了合理的QRNG协议利用这种关系。为此目的，我们介绍（1）一个半定的量子关联集的特征，（2）一个算法，以下界的香农熵的相关性的函数和（3）合理性的证明，使用有限的试验与我们的能量假设兼容。
2019-05-22 quant-ph
Local finite rate semi device independent randomness expansion from quantum contextuality
Center for Quantum Science and Technology, Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校量子科学与技术中心）；School of Physical Sciences, Indian Institute of Technology, Mandi（印度技术学院曼迪分校物理科学学院）
该研究提出基于单局域方量子上下文性的半设备无关随机性扩展协议模板，推导其有限统计下的率，可修改近期无漏洞NC不等式实验实现用于安全RE。
2026-10-21 quant-ph
Optimal and Feasible Contextuality-based Randomness Generation
该研究针对半设备无关的上下文性随机性生成范式，提出最优可行的正交图族、松弛测量假设的ε-正交图方案，证明单比特几乎具上下文性，并指出了DI场景外的潜在攻击。
2025-08-03 quant-ph
Rethinking quantum smooth entropies: Tight one-shot analysis of quantum privacy amplification
RIKEN Hakubi Research Team, RIKEN Pioneering Research Institute (PRI) and RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（RIKEN 博慧研究团队、RIKEN 先锋研究所（PRI）和 RIKEN 量子计算中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）
本文提出改进的量子隐私放大一 shot 随机性提取刻画，强化了已知的一 shot 边界并统一推导了最紧的渐近约束。主要工具是通过测量提升经典平滑发散的新类平滑条件熵。
2026-09-02 cs.IT math-ph math.IT
Semi-device independent random number expansion protocol with n to 1 quantum random access codes
研究了基于$n \to 1$量子随机接入码的随机数扩展协议。我们在半设备独立的场景中考虑它们，其中设备的内部工作方式对我们来说是未知的，但我们可以证明正在通信的系统的尺寸。这种方法不需要使用纠缠，并且使得这些协议的物理实现比标准设备独立场景中容易得多。在我们的工作中，我们提出了一个协议的随机性扩展，计算最小熵的半设备无关的协议，并调查$n\to 1$ QRAC，以期他们使用的随机性扩展协议。我们还计算了随机生成的有效性对$n$的依赖性，发现它对$n=3$是最优的，并对这一事实提供了解释。
2012-03-13 quant-ph
