Fast self-testing Quantum Random Number Generator based on homodyne detection
自测试和半设备无关协议正在成为量子技术的首选，能够以很少的假设和简单的实验实现来证明它们的量子性质。特别是对于量子随机数发生器，仅通过测量输入/输出统计来实时监测源的熵的可能性是其他经典系统无法提供的特性。这种新的可能性的代价不一定是增加的复杂性和降低的性能。事实上，在这里，我们表明，一个简单的光学设置组成的商业可用的组件，可以实现高比特生成速率。我们设法证明了145.5MHz的量子随机比特产生速率。
2020-04-17 quant-ph
Semi-device-independent self-testing of unitary operations
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）
提出一种半设备无关的自测试协议，通过变体3比特制备-测量随机存取码的最优量子优势，认证酉操作和测量。
2026-04-21 quant-ph
Self-testing quantum systems of arbitrary local dimension with minimal number of measurements
贝尔非定域性作为设备无关认证方案的资源，近年来得到了广泛的研究。设备独立认证的最强形式被称为自测试，其给出了设备认证所承诺的量子态以及对其执行的量子测量，而不知道设备的内部工作。尽管自测试协议的研究成果很多，但基于单个$d$ -结果贝尔不等式的量子-量子纠缠态认证方案仍然是一个非常重要的问题.在这里，我们解决了这个问题，并提出了一个自我测试协议的最大纠缠态的任何局部尺寸使用最小数量的测量可能，即，每个子系统两个。我们的自测试结果可以用来建立无限的随机扩展，$\log_2d$完美的随机位，而它只需要一个随机位来编码的测量选择。
2019-10-02 quant-ph
High speed self-testing quantum random number generation without detection loophole
量子力学提供了产生真正随机性的方法，而这种随机性在确定性经典过程中是不可能的。值得注意的是，随机性的不可预测性可以以独立于实现设备的自测试方式进行认证。在这里，我们提出了一个实验演示的自测试量子随机数产生的基础上检测漏洞免费贝尔测试与纠缠光子。在随机性分析中，在没有独立同分布假设的情况下，我们考虑了攻击者对量子攻击者发起最强攻击的最坏情况。在考虑统计波动并应用80 Gb $\times$ 45.6 Mb Toeplitz矩阵散列之后，我们实现了114位/秒的最终随机比特率，故障概率小于$10^{-5}$。这种自测试随机数发生器标志着在密码学和基础物理测试中的实际应用迈出了关键的一步。
2017-09-20 quant-ph
Quantum Property Testing
语言L有一个属性测试器，如果存在一个概率算法，给定一个输入x，只要求x的一个小的比特数，并区分x是否在L中以及x是否与L中的所有y有大的汉明距离。我们定义了一个类似的概念，量子特性测试，并表明存在的语言与量子特性测试，但没有好的经典测试。我们还表明，存在的语言，需要大量的查询，即使是量子测试。
2002-01-25 quant-ph
Quantum algorithms for search with wildcards and combinatorial group testing
我们考虑两个组合问题。第一个我们称之为“带通配符的搜索”：给定一个未知的n位字符串x，并且能够检查x的任何位子集是否等于提供的查询字符串，目标是输出x。我们给出了一个接近最优的O（sqrt（n）log n）的量子查询算法搜索通配符，击败了经典的Omega（n）查询的下限。而不是使用振幅放大或量子行走，我们的算法最终是基于状态歧视问题的解决方案。我们考虑的第二个问题是组合组测试，这是一个任务，确定一个子集的最多k个特殊项目的一组n个项目，给定的能力，使查询的形式“集合S包含任何特殊项目？对于n个项目的任何子集S。我们给出了一个简单的量子算法，它使用O（klog k）查询来解决这个问题，与经典的Omega（klog（n/k））查询的下界相比。
2013-05-20 quant-ph
Modulator-free, self-testing quantum random number generator
本研究提出一种无调制器的实用自测试量子随机数发生器，能在不可信测量设备和部分表征源的条件下实时验证装置运行，实验产生了450kbps的认证随机比特率。
2025-07-16 quant-ph
Practical self-testing quantum random number generator based on an energy bound
我们提出了一个自测试量子随机数发生器的方案。与完全独立于设备的模型相比，我们的方案需要一个额外的自然假设，即每个信号的平均能量是有界的。该方案是自测试的，因为它允许用户实时验证设置的正确功能，从而保证连续生成经认证的随机位。基于测量和测量设置，我们的方案是实用的，我们只使用现成的光学元件来实现它。随机生成速率为1.25 Mbits/s，与商业解决方案相当。总体而言，我们认为，该计划实现了所需的假设，易于实现和性能之间的一个有前途的权衡。
2019-04-11 quant-ph
Communication scenario enables robust self-testing of n-party Greenberger-Horne-Zeilinger basis measurements
Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram（印度科学教育研究特里凡得琅学院）；Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度技术学院布巴内斯瓦尔分校）
本文提出一种半设备无关方法，实现无需共享纠缠的n-party GHZ基测量鲁棒自检验，并引入可实现的三结果部分贝尔基测量协议。
2026-01-04 quant-ph
Rational Quantum Mechanics: Testing Quantum Theory with Quantum Computers
University of Oxford（牛津大学）
理性量子力学提出基于量子比特信息容量限制，预测量子算法优势在1000个量子比特后饱和，可能在5年内可被验证。
2026-02-15 quant-ph
Self-testing of any pure entangled state with minimal number of measurements and optimal randomness certification in one-sided device-independent scenario
量子系统及其性质的证明已经成为一个深入研究的领域。在这里，利用单侧设备无关的情况下（也称为量子转向的情况下），我们提出了一个自我测试计划的所有二分纠缠态使用一个单一的家庭的转向不等式与最小数量的两个测量每一方。建立在这个计划，然后我们展示了如何证明所有的秩一极值测量，包括非投影$d^2$ -结果测量，这反过来又可以用于认证的最大数量的随机性从每个纠缠的二分态的局部尺寸$d$，即$2\log_2d$位。最后，在一个特定的情况下，$d=3$，我们扩展我们的自我测试结果，完全设备无关的设置。
2022-03-23 quant-ph
Proposal for Dimensionality Testing in Quantum Private Query
近来，量子态的维数测试已经受到广泛关注（Ac{i}n et al. 2006，Scarani等人，Phys. Rev. Lecture. 2006年）。现有量子信息处理协议的安全性证明依赖于对逻辑比特编码的量子态维数的假设。然而，去除这种假设可能会导致安全漏洞。在本文中，我们表明，这确实是这样的。我们选择了Yang等人的两个参与者的量子私有查询协议。信息处理。2014）作为一个例子，并展示了一个玩家如何通过改变共享量子系统的子系统的维度来获得不公平的优势。为了抵抗这种攻击，我们提出了一种不同的方式进行维度测试。我们的建议是基于CHSH一样的游戏。当我们像游戏一样利用CHSH时，它可以用来测试状态是否是协议变得完全脆弱的产品状态。
2018-11-05 quant-ph
Device-Independent Bit Commitment based on the CHSH Inequality
比特承诺和抛硬币在设备无关的领域中占据了独特的位置，因为迄今为止为这些任务建议的唯一设备无关的协议依赖于三方GHZ相关性。事实上，我们知道没有其他的二分任务，这承认一个设备独立的制定，但不知道是可实现的使用只有二分非局部性。这些协议的另一个有趣的特点是，GHZ相关性的伪心灵感应性质-与非本地相关性的一般统计特征相反，例如违反CHSH不等式所产生的统计特征-对它们的制定和分析至关重要。在这项工作中，我们提出了一个设备无关的比特承诺协议的基础上CHSH测试，它达到了相同的安全性的最佳GHz为基础的协议。该协议在最一般的设置中进行分析，其中设备被重复使用，并且可能具有长期的量子存储器。我们还在后量子环境中重塑了协议，在后量子环境中，诚实和不诚实的双方都只受到信号不可能性的限制，并发现总体上超量子结构允许更大的安全性。
2015-11-19 quant-ph
Convex-split and hypothesis testing approach to one-shot quantum measurement compression and randomness extraction
本文研究了在具有共享随机性的单次设置下，带边信息的量子测量压缩问题。在这个问题中，Alice与Reference和Bob共享一个纯状态，她对她的寄存器进行测量。她希望使用共享随机性和经典通信将该测量的结果传达给Bob，以使得Bob接收的结果与参考和Bob自己的寄存器正确地相关。我们的目标是同时最小化经典通信和随机性成本。我们提出了一个基于凸分裂和基于位置解码的协议，并给出了其通信上界的平滑最大值和假设检验相对熵。我们还研究了我们的协议的随机性成本在一次和渐近和独立同分布。设置.通过推广的凸分裂技术，将成对独立的随机变量，我们表明，我们的一次性协议需要少量的共享随机位。这使我们能够构建一个新的协议在渐近和i.i.d.设置，其在所需的通信比特数和共享随机性的比特数方面都是最优的。我们构建了一个新的协议，在量子边信息的存在下，强随机性提取的任务。我们的协议实现错误保证方面的相对熵（而不是跟踪距离），并提取接近最佳数量的均匀位。作为一个应用，我们为无反馈的量子测量压缩任务提供了新的可解释性结果，其中Alice不需要知道测量的结果。这导致了最佳数量的比特通信和共享的随机性所需的比特数，在渐近和i.i.d.设置.
2018-06-19 cs.IT math.IT quant-ph
Robust self-testing of many-qubit states
我们介绍了一个简单的两个球员的测试，证明球员适用于张量积的Pauli $σ_X$和$σ_Z$观测量的$n$ EPR对的张量积。该测试具有恒定的鲁棒性：在最优的加性$\varepsilon$内实现成功概率的任何策略必须在适当的距离度量中接近诚实的$n$ -量子比特策略的$\mathrm{poly}(\varepsilon)$ -。该测试涉及$2n$位问题和$2$位答案。关键的技术成分是Blum，Luby和Rubinfeld经典线性测试的量子版本。作为我们的结果的应用，我们给出了（i）第一个强大的自测试$n$ EPR对;（ii）一个量子multiprover交互式证明系统的本地哈密顿问题与一个常数的证明者和经典的问题和答案，和一个常数的完整性，可靠性差距独立于系统的大小;（iii）一个强大的协议，为委托量子计算。
2016-10-12 cs.CC quant-ph
Entropy Bounds via Hypothesis Testing and Its Applications to Two-Way Key Distillation in Quantum Cryptography
King’s College London（伦敦国王学院）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）
本文通过量子渐进假设检验与熵界建立联系，提升密钥率并改进QKD安全性分析。
2026-10-30 quant-ph
Robust self-testing and certified randomness based on chained Bell inequality
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
本文利用任意输入链式贝尔不等式，通过平方和方法推导最优量子违背，实现设备无关的自检验，并分析噪声下的鲁棒性及两比特随机性生成。
2026-04-21 quant-ph
A distribution testing oracle separation between QMA and QCMA
本文通过构造随机化经典预言机，首次在无需量子酉预言机的情况下分离QMA与QCMA复杂性类，分离问题基于正则无向图连通性与扩张性质的分布判定。
2024-06-11 quant-ph
Experimental testing of entropic uncertainty relations with multiple measurements in pure diamond
量子力学的一个独特特征是海森堡不确定原理，它指出两个不相容测量的结果不能同时达到任意精度。在量子信息的信息论背景下，不确定原理可以表述为二维系统中一个量子比特（qubit）的两个测量的熵不确定关系。研究了高维多测量量子态的新的熵不确定度关系，其不确定度界比两个测量设置下的不确定度界更紧，并且不能由有或没有量子存储器的量子比特系统产生.在这里，我们报告的第一个室温实验测试的熵的不确定性关系与三个测量在一个自然的三维固态系统：在纯金刚石的氮空位中心。实验结果证实了熵不确定度关系的多次测量。我们的结果更精确地证明了量子力学的基本不确定原理。
2015-10-13 quant-ph
Effect of Quantum correlation on Perfect K pair Quantum Network Coding
在K对发送者-接收者和一个瓶颈信道的量子网络中，我们发现了一个交叉传输K个量子态的协议。在这些网络中，用户希望向接收者多播完美的量子态。在量子网络上完美的发送是不可能的，仅仅使用一些额外的资源，如量子相关。该协议已被用于最大纠缠态和量子不和谐，这是最好的指示器的量子性质的相关性，以共享之间的量子。最初，为了在量子网络中传送完美的K态，我们采用了一些最大纠缠态来传送量子态，其中EPR态是简单的两比特态，GHZ态和W态是三比特态。在此基础上得出了在瓶颈信道中共享这些最大纠缠态和发送相同数量的经典比特是没有区别的。本文的第二部分讨论了共享量子关联（量子不和谐），指出在保真度为1的Butterfly网络中，两个量子态的完美发送是可能的。
2013-07-08 quant-ph
Low-degree testing for quantum states, and a quantum entangled games PCP for QMA
我们表明，给出一个明确的描述的多人游戏，一个经典的验证者和一个恒定数量的球员，这是QMA困难的，随机减少，区分的情况下，当球员有一个策略使用纠缠成功的概率为1的游戏，或当没有这样的策略成功的概率大于1/2。这证明了Fitzsimons和第二作者（ITCS'15）的“游戏量子PCP猜想”，尽管是在随机化约简下。在我们的减少的核心组成部分是一个家庭的两个球员的游戏测试$n$ -量子比特最大纠缠态的建设。对于任何整数$n\geq2$，我们给出了一个测试，其中验证者的问题是$O(\log n)$位长，答案是$\mathrm{poly}(\log\log n)$位长。我们表明，对于任何常数$\varepsilon\geq0$，任何策略，成功的概率至少$1-\varepsilon$在测试中必须使用一个状态，是在距离$O(\varepsilon^c)$从一个状态，是本地等价于一个最大纠缠态的$n$量子比特，对于一些通用常数$c>0$。该构造基于Raz和Safra（STOC'97）的多元低次多项式的经典平面对点检验。我们扩展到量子制度的经典测试，通过执行独立的副本的测试在广义泡利$X$和$Z$基地超过$\mathbb{F}_q$，其中$q$是一个足够大的素数的权力，并结合两者通过测试泡利扭曲的对易关系。我们的主要复杂性理论的结果是通过结合这个家庭的游戏与本-萨森等人（CCC'05）介绍的邻近的PC…
2018-04-09 quant-ph
Self-testing in a constrained prepare-measure scenario sans assuming quantum dimension
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
该研究基于n比特POM任务提出无需假设量子维度的受限制备-测量场景DI自检测协议，推导出最优量子成功概率并证明其超过制备非上下文界，还通过构造酉算子实现未知有限维系统到已知系统的映射，为单系统可扩展DI认证提供基础。
2025-05-26 quant-ph
Genuine Multipartite Nonlocality for Arbitrary Input: Maximal Randomness Generation and Robust Self-Testing
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）；National Cheng Kung University（国立成功大学）
提出一种适用于任意奇数测量设置的真正多体非局域性贝尔不等式，通过平方和分解获得最优量子违背，实现自检验和最大全局设备无关随机性（m比特），并随测量设置增加噪声鲁棒性增强。
2026-06-09 quant-ph
Efficient Quantum Algorithms for (Gapped) Group Testing and Junta Testing
在$k$ -junta测试问题中，测试者必须有效地判定给定函数$f:\{0,1\}^n\rightarrow \{0,1\}$是否是$k$ -junta（即，取决于其输入位的至多$k$）或者是$ε$ -远离任何$k$ -junta。我们的主要结果是这个问题的量子算法的查询复杂度$\tilde O(\sqrt{k/ε})$和时间复杂度$\tilde O(n\sqrt{k/ε})$。这是由于Atıc和Servedio，在以前最好的量子军政府测试器的查询复杂度上的二次改进。我们的测试是基于一个新的量子算法的缺口版本的组合组测试问题，与最好的经典算法的查询复杂性的四倍的改进。对于我们的上界的时间复杂度，我们给出了一个近线性的时间实现的浅变体的量子傅里叶变换的对称群，类似于Schur-Weyl变换。我们还证明了一个下界的$Ω(k^{1/3})$查询junta测试（为常数$ε$）。
2015-07-11 cs.CC quant-ph
Time and Space Efficient Quantum Algorithms for Detecting Cycles and Testing Bipartiteness
我们研究两个图形问题的空间和时间有效的量子算法-决定是否一个$n$ -顶点图是一个森林，它是否是二分的。通过减少的s-t连接问题，我们描述了量子算法决定这两个属性在$\tilde{O}(n^{3/2})$时间和使用$O(\log n)$经典和量子比特的存储在邻接矩阵模型。然后，我们提出了量子算法来决定的两个属性的邻接数组模型，运行在时间$\tilde{O}(n\sqrt{d_m})$，也需要$O(\log n)$空间，其中$d_m$是在输入图中的任何顶点的最大程度。
2016-10-03 cs.DS quant-ph
Virtual Parallel Computing and a Search Algorithm using Matrix Product States
我们提出了一种形式的并行计算的经典计算机是基于矩阵产品的状态。虚拟并行化是通过用矩阵表示比特并通过从编码多个输入的初始产品状态演化这些矩阵来实现的。矩阵演化是由门的顺序应用引起的，就像在逻辑电路中一样。经典的概率性一位和确定性两位门（如NAND）的动作是根据矩阵运算来实现的，与量子计算相反，它可以复制位。我们提出了一种方法来探索这种计算方法来解决搜索问题，并计算解决方案的数量。我们认为，如果经典的计算成本的测试解决方案（证人）需要小于$O(n^2)$本地2位门作用于$n$位，搜索问题可以完全解决在次指数时间。因此，对于这种受限类型的搜索问题，虚拟并行化方案比Grover的量子算法更快
2012-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Practical parallel self-testing of Bell states via magic rectangles
自测试是一种从纯经典统计中验证一个人是否具有特定量子态的方法。对于实际应用，例如独立于设备的委托可验证量子计算，至关重要的是并行自测多个Bell状态，同时保持一侧所需的量子能力最小化。在这项工作中，我们使用$3 \times n$幻方游戏（幻方游戏的推广），以获得一个自我测试的$n$贝尔态的一方只需要测量单量子比特泡利可观。该协议需要小的输入大小[对于Alice为常数，对于Bob为$O(\log n)$位]，并且具有鲁棒性$O(n^{5/2} \sqrt{\varepsilon})$，其中$\varepsilon$是理想（完美）相关性与观察到的相关性的接近度。为了实现所需的自我测试，我们引入了一个单边局部量子策略的幻方游戏，赢得了肯定，我们推广这种策略的家庭的$3 \times n$幻方游戏，我们补充这些非本地游戏额外的检查轮（单个和对的可观测量）。
2022-03-31 cs.CR quant-ph
Approximate Quantum Error Correction Revisited: Introducing the Alpha-bit
我们建立，在适当的限制，量子比特的通信应被视为复合资源，干净地分解成独立的相关性和传输组件。因为通信的量子比特可以建立纠缠的ebits，所以量子比特是比ebits更强大的资源。我们确定了一个新的通信资源，零比特，这正是他们之间的差距的一半，零比特取代经典位使隐形传态渐近可逆。将一个量子比特分解为一个ebit和两个零比特具有广泛的应用，包括状态合并，量子信道容量，纠缠蒸馏，量子识别和远程状态制备。这些结果的来源是近似量子纠错理论。量子信道的作用是可逆的，当且仅当没有信息泄漏到环境中，这一特征即使在近似形式下也是有用的。然而，不同的近似概念导致在大尺寸极限下的量子纠错的性质不同的形式。我们研究了当考虑信息泄漏时，约束对参考系维数的影响。虽然结果条件无法确保整个输入都可以被纠正，但它确实确保了与引用的维度匹配的所有维度子空间都是可纠正的。引用的大小可以通过参数$α$来表征，我们将相关联的资源称为$α$位。改变$α$在标准量子纠错和量子识别之间进行插值，量子识别是量子态的相等测试的一种形式。我们发展了$α$-比特的理论，包括上述应用，并确定了一般量子信道的$α$-比特容量，找到了纠缠辅助和摊销变体的单字母公式。
2018-01-13 cs.IT math.IT quant-ph
A unified picture of Balance puzzles and Group testing: Some lessons from quantum mechanics for the pandemic
几十年来，平衡（假币）谜题一直是娱乐数学的一部分。一种特殊类型的假币谜题在文献中被称为“平衡木谜题”。Iwama et.al提供了一个抽象的解决方案，作为Bernstein-Vazirani算法的修改，利用量子并行和纠缠。此外，在此次大流行期间，群体检测已被证明是一种有效的算法，可以节省检测样本是否存在感染的时间和成本。在这篇文章中，我们提出了一个“二进制弹簧平衡”（BSB）难题，以促进一个统一的图片的假币问题和感染问题的测试，因为这两个目的是减少查询的数量。然后，我们展示了BSB问题的两种解决方案，一种使用位，另一种使用经典量子位（“cebits”）进行查询。这两种解决方案都使用电路进行了演示。在这种追求中，我们开发了一种改进的光学实现的Bernstein-Vazirani算法，只使用偏振器（不需要分束器），这是令人惊讶的尚未提出。在这个演示的借口下，我们质疑为什么我们还没有开发出受Bernstein-Vazirani算法启发的针对大流行的测试机制，因为它们在单个查询中解决了问题，它们没有与人群中感染流行相关的问题，也没有由于合并而导致的样本稀释问题。使用偏振器的Bernstein-Vazirani算法的修改实现也可以在本科实验室中进行成本效益的演示。
2021-08-04 physics.ed-ph quant-ph
