Quantum randomness beyond projective measurements
ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科技研究院）
本文研究了量子测量之外如何生成内在随机性，通过分析极端测量的随机性，发现四面体对称信息完备测量具有最小的内在随机性，并证明在存在SIC测量的任意维度中，可以生成最多2 log d位的随机性。
2026-05-18 quant-ph
Quantifying the intrinsic randomness in sequential measurements
本文严格定义了序列测量中的量子内禀随机性，在CGLMP序列场景下量化了混合态与任意量子态在序列投影测量和序列POVM下的随机性，并利用NPA层级给出最大纠缠态与最大违背态的随机性下界。
2024-01-12 quant-ph
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
Maximal intrinsic randomness of noisy quantum measurements
本文研究含噪量子测量可产生的最大内禀随机性，通过最小化窃听者猜测概率进行量化，求解了二结果量子比特测量及任意维度混白噪声投影测量的优化问题。
2025-07-28 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
Self-Testing Positive Operator-Valued Measurements and Certifying Randomness
本文在设备无关场景下，通过构造贝尔表达式C'3及其变体，自测试三输出极值量子比特POVM，分别认证约1.58比特局部和2.27比特全局随机性，超越投影测量限制，并利用NPA层级验证C3在随机性认证中的优势。
2024-12-16 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
Measurement-device-independent randomness from local entangled states
非局部相关性对于设备无关（DI）随机性认证是有用的[Nature（London）{ \bf 464}，1021（2010）]。与传统量子协议相比，这种DI协议的优点在于，即使在实验设备不可信的情况下，也可以证明随机性。量子纠缠是这种DI任务所需的非定域关联的必要物理源。然而，非定域性和纠缠是不同的概念。存在纠缠态，不产生非局域相关，因此对DI随机性认证任务没有用。在这里，我们介绍了测量设备无关的随机性认证任务，其中一个信任的量子态制备设备，但测量设备是完全不确定的。有趣的是，我们发现存在纠缠态，与本地描述，这是有用的资源，在这样的任务，否则是无用的，在相应的DI方案。
2015-11-06 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
Quantifying randomness with measurement incompatibility
Uppsala University（乌普萨拉大学）；KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（瑞典皇家理工学院和斯德哥尔摩大学）；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）
研究制备与测量场景中测量不相容性与经典窃听者能力的权衡，利用广义鲁棒性通过半定规划限制窃听者策略，给出从不相容测量生成随机性协议，还推广到伊芙有量子记忆的场景，揭示导引性与随机性生成紧密联系。
2026-07-10 quant-ph
All star-incompatible measurements can certify steering-based randomness
Aix-Marseille University（艾克斯-马赛大学）；CNRS, LIS（法国国家科学研究中心，信息学实验室）；Université libre de Bruxelles, QuIC（布鲁塞尔自由大学，量子信息与计算小组）
本文证明了所有星不相容测量都能生成基于操控的随机性，建立了两个概念的等价性，并引入了星不相容性的度量。
2026-10-01 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
Steering-based randomness certification with squeezed states and homodyne measurements
提出了一种基于量子操纵的量子随机性认证方案。该协议是单侧设备独立的，提供高安全性，但只需要在量子光学平台上简单实现的状态和测量-纠缠压缩真空态和零差检测。这种易于实现的证明，在现有的实验数据的随机性，并意味着千兆赫兹的随机比特率应该是可以实现的与当前的技术。此外，基于转向的设置表示可以使用纯高斯状态和测量来实现的最接近完全设备独立性。
2022-11-24 quant-ph
Maximal randomness from partially entangled states
我们研究了在与设备无关的设置中，可以从两个量子比特的通用部分纠缠纯态中提取多少随机性，其中Bell测试用于证明设备的正确功能。对于任何这样的状态，我们首先表明，两个比特的随机性总是可以达到的，如果投影测量是用来产生的随机性全球或如果一个非投影测量是用来产生随机性本地。然后，我们证明了使用非投影测量可以产生的随机性的最大量被限制在大约3.58和3.96位之间。上限排除了可以获得用极端量子位测量潜在地可获得的四位的界限。我们指出，这是一个事实的后果，即非投射量子比特测量的四个结果只能在有限的程度上进行自我测试贝尔实验。
2020-11-13 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
Assessing randomness with the aid of quantum state measurement
随机性是科学、密码学、工程和信息技术中的宝贵资源。量子力学的随机性来源是有吸引力的，因为单个量子过程的不确定性。在这里，我们考虑从光子的偏振测量随机比特的生产。我们首先提出了一个教学讨论的量子随机性固有的测量是如何连接到量子相干性，以及它如何可以量化的量子态和相关的熵值称为最小熵。然后，我们通过执行一系列适合本科实验室的单光子实验来探索这些概念。我们准备不同的非纠缠态和纠缠态的光子，并测量这些状态的断层摄影。我们使用有关量子态的信息来确定，在最小熵方面，由不同的比特生成测量从给定的光子态产生的随机性的最小量。这有助于评估量子随机性的存在，并确保随机比特源的质量和安全性。
2020-02-21 quant-ph
Certifying randomness in quantum state collapse
本文利用量子态坍缩的扰动效应，在设备独立及Lüders规则假设下提出可直接估计随机量的验证协议，并借助可信投影测量提升效率与随机数产生率。
2023-08-17 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
Optimal randomness certification from one entangled bit
通过对两量子比特纠缠态进行局部投影测量，可以以设备无关的方式证明高达一比特的随机性。我们在这里表明，一般的测量，定义为正算子值的措施，可以证明高达两个比特的随机性，这是最佳的随机性，可以证明从纠缠位。因此，一般的测量提供了一个优势，投影的设备无关的随机性认证。
2015-05-14 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
Measurement-device-independent entanglement and randomness estimation in quantum networks
检测由多方组成的量子网络中的纠缠是构建量子通信和计算网络的重要步骤之一。我们考虑一种情况，即用于本认证的测量设备未被表征。在这种情况下，众所周知，通过使用量子态作为测量设备的输入，可以检测任何纠缠态（称为测量设备无关的纠缠见证的情况）。在这里，我们超越了纠缠检测，并提供了估计量子网络中纠缠量的方法。我们还考虑了随机性认证的任务，并表明随机性可以在各种情况下进行认证，包括单部实验或只使用可分离状态的设置。
2017-05-01 quant-ph
Measurement-Incompatibility Constraints for Maximal Randomness
提出不依赖Bell不等式违背的广义框架，直接从任意用户系统的概率分布认证极大随机性，并揭示测量不相容性间的反直觉权衡，为优化设备无关协议提供新途径。
2025-07-14 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
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
Measurement Induced Randomness and State Merging
在这项工作中，我们介绍了随机性，这是真正的量子力学性质产生的测量行为。对于一个复合经典系统，我们有联合熵来量化整个系统中存在的随机性，它恰好等于一个子系统的熵和另一个子系统的条件熵之和，前提是我们知道第一个系统。用冯诺伊曼熵代替香农熵，同样的类比也适用于量子环境。但是，如果我们把条件冯诺伊曼熵替换为由于测量而产生的平均条件熵，我们发现它与系统的联合熵不同。我们称这种差异为测量诱导随机性（MIR），并认为这是量子力学系统所特有的，没有经典的对应物。换句话说，联合冯诺伊曼熵只给出了由于混合物的异质性而产生的总随机性，并且我们证明了在复合系统中可以产生的总随机性不是总随机性。我们将这个量推广到N量子比特系统，并证明了它可以简化为两个量子比特系统的量子不和谐。此外，我们证明了它正好等于由于测量而引起的量子态合并成本的变化。我们认为，对于一个量子信息处理任务，如状态合并的成本的变化，作为丢弃先验信息的结果，也可以被视为随机性的上升，由于测量。
2018-05-23 quant-ph
Unbounded randomness certification using sequences of measurements
在纠缠态上进行测量的结果的不可预测性或随机性可以被证明，只要统计数据违反贝尔不等式。在标准的贝尔方案中，每一方对其系统的份额执行单个测量，只有有限数量的随机性，最多$4 log_2 d$比特，可以从一对尺寸为$d$的纠缠粒子中得到证明。我们的工作表明，这一基本限制可以克服使用序列（非投影）测量同一系统。更准确地说，我们证明了可以证明任何数量的随机比特从一对量子比特在一个纯粹的状态作为资源，即使它是任意弱纠缠。此外，该认证是通过对序列中的每个测量的特定贝尔不等式的接近最大违反来实现的。
2017-02-23 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
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
Using complete measurement statistics for optimal device-independent randomness evaluation
大多数最近的研究非局部性和随机性之间的联系的作品，例如在设备无关密码学的背景下，这样做是关于一些特定的贝尔不等式，通常是CHSH不等式。然而，表征贝尔检验的测量结果的联合概率比仅仅违反单个贝尔不等式的程度更丰富。在这项工作中，我们将展示如何将这些额外的信息考虑在内，以系统的方式，以最佳的评估可以从非本地相关性认证的随机性。我们进一步表明，考虑到完整的一组结果概率相当于优化所有可能的贝尔不等式，从而使我们能够确定最佳的贝尔不等式，以证明从一组给定的非本地相关性的最大量的随机性。
2014-01-22 quant-ph
Generalized measurements on qubits in quantum randomness certification and expansion
本研究针对广义测量未在量子随机性认证与扩展中展现实证优势的问题，通过单量子比特相关实验验证了广义测量可提升认证随机性产出，并结合熵积累定理完成有限数据分析，为提升量子密码等领域安全性提供了新路径。
2024-10-14 quant-ph
Experimental Test of Sequential Weak Measurements for Certified Quantum Randomness Extraction
量子非定域性提供了一种产生随机数的安全方法：它们的不可预测性是内在的，只需观察测量结果的统计数据就可以证明，而无需假设它们是如何产生的。为了做到这一点，纠缠对的产生和测量违反了贝尔不等式的结果统计。然而，经过一次投影量子测量后，纠缠被完全破坏，不能再使用。这一事实对采用投影测量时从每个量子态产生的随机数的数目提出了上限。相反，通过使用弱测量，可以保持和重新利用一些纠缠，并且弱测量序列可以从单个状态中提取无限数量的随机性，如Phys. Rev. A 95，020102（R）（2017）中所预测的那样。我们研究了这些弱测量的可行性，分析了它们应用于量子态中的缺陷的鲁棒性，然后使用基于偏振纠缠光子对的光学装置对其进行测试。我们表明，弱测量是可实现的，但只能在接近理想的条件下，才能提高随机生成的性能。
2021-08-03 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
Device-independent certification of maximal randomness from pure entangled two-qutrit states using non-projective measurements
虽然最近已经证明了如何以设备无关的方式证明任何纯两量子比特纠缠态的最大随机性[E。Woodhead等人，Phys. Rev. Research 2，042028（R）（2020）]，来自更高局部维度的纠缠态的最佳随机性认证的问题仍然是开放的。在这里，我们介绍了一种方法的设备无关的认证的最大可能数量的$2\log_23$随机比特使用纯二分纠缠两quutrit状态和极端的九个结果一般非投影测量。为此，我们利用最近在[S. Sarkar等人，arXiv：2110.15176]，它结合了一种设备无关的方法来证明三维希尔伯特空间中的完全Weyl-Heisenberg基，以及一种单侧设备无关的方法来证明两个quitri部分纠缠态。
2022-01-21 quant-ph
Shared randomness and device-independent dimension witnessing
它已被证明，通过对未表征的物理系统进行测量所获得的条件概率分布可以用于在经典和量子设置中以与设备无关的方式推断其潜在的维度。我们分析了几个方面的结构的概率分布集对应于一定的尺寸考虑到共享的随机性是否可作为一种资源或没有。我们首先考虑所谓的“评估和衡量”方案。我们表明，量子性和共享的随机性是不可比较的资源。也就是说，一方面，存在需要任意大维度的量子系统才能被观察到的行为，而它们可以用具有共享随机性的最小维度的经典物理系统再现。另一方面，存在着这样的行为，即经典地需要比量子地更大的指数维度，即使前者补充了共享的随机性。我们还表明，在没有共享的随机性，对应于一个足够小的尺寸集是可以忽略不计的（零措施和无处密集）的经典和量子。这与这种资源可用的情况形成鲜明对比，并解释了在设备可以被视为不相关的设置中维度见证人的异常鲁棒性。最后，我们考虑贝尔的情况下，共享的随机性，并证明了一些非凸性和可忽略不计的性质，这些集足够小的尺寸。这再次显示了这种资源的可用性或不可用性所引起的巨大差异。
2016-11-03 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 Coherence and Intrinsic Randomness
量子测量特有的不确定性或随机性源于相干性，其信息论特征目前正在研究中。在相干性的资源理论下，研究相干性度量的解释以及与其他量子特性（如量子相关性和内在随机性）的相互作用是有趣的。相干性可以被看作是计算基础中状态测量结果的内在随机性的来源。我们观察到，在我们以前的工作中，形成的相干性，它测量的渐近相干稀释率，确实量化的不确定性（经典）相关方的系统测量结果。在这项工作中，我们重新推导的结果从量子的角度来看，然后连接的内在随机性的相对熵的相干性，另一个重要的相干性措施，量化的渐近相干性。即使不存在束缚相干态，用形成相干性和相干性的相对熵量化的这两种内禀随机性也是不同的。有趣的是，我们表明，这个差距是等于量子不和谐，量子关联的一般形式，在感兴趣的系统和相关方的状态下，在前一个系统的本地测量后。
2019-10-23 quant-ph
Network quantum steering enables randomness certification without seed randomness
本研究提出无输入网络中的最小场景，证明两方两源可观察交换导引，并构造线性见证者实现自测试，从而无需种子随机性即可认证两比特随机性。
2024-07-18 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
Quantifying the intrinsic randomness of quantum measurements
本文研究噪声量子测量中窃听者 Eve 对结果的最大猜测概率，证明在广义测量与混合态情形下，经典关联和量子关联策略会导致不同的内禀随机性界定。
2022-11-07 quant-ph
Necessary and Sufficient Condition for Randomness Certification from Incompatibility
本文以测量不相容性刻画非零可认证量子随机性的充要条件，并将操控情形推广至 Bell 情形，证明链式不等式违反可作为可靠随机性见证。
2024-09-23 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
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
Operational Coherent Measurements with Steering and Randomness
National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（台湾大学理论科学中心）；National Taiwan Normal University（台湾师范大学）；Department of Physics and Center for Theoretical Physics, National Taiwan University（台湾大学物理系理论物理中心）；Center for Quantum Science and Engineering, National Taiwan University（台湾大学量子科学与工程研究中心）
本文证明测量集合可用于半设备无关导引当且仅当其相干，并基于此提出一种无需纠缠认证且容忍任意低探测效率的量子随机数生成方案。
2026-06-23 quant-ph
Quantum Randomness Certified by the Uncertainty Principle
我们提出了一种有效的方法来提取量子随机数发生器（QRNG）可以获得的真实随机性。通过重复量子系统的测量和在两个相互无偏的基之间交换，可以评估可实现的真实随机性的下限。由于互补测量的不确定原理适用于最小和最大熵的约束。我们用两个不同的QRNG测试了我们的方法，使用了量子位或量子数的训练，展示了对实际应用的可扩展性。
2014-12-22 quant-ph
Quantum randomness certification with untrusted measurements and few probe states
Keio University（庆应义塾大学）；Lund University（隆德大学）；ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, 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院）；Quantinuum；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
提出一种半设备无关量子随机性认证方案，利用不可信测量设备和少量探测态，无需假设测量噪声等，可用于有限结果测量，通过零差测量实现，证明在高斯和非高斯噪声下均可认证随机性。
2026-07-22 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
Secure and robust randomness with sequential quantum measurements
针对现有设备无关量子随机数协议性能有限的问题，本文提出利用序贯测量复用量子态的方案，证明类Tsirelson边界，构造可达边界的量子比特协议，通过数值与光子实验验证其噪声鲁棒性，为高效设备无关协议提供新思路。
2024-12-16 quant-ph
Unbounded randomness from uncharacterized sources
随机性是量子力学的核心特征，也是经典和量子技术的宝贵资源。通常，在设备无关和半设备无关的场景中，随机性使用投影测量来认证，并且认证的随机性的量由测量的量子系统的维度限制。在这项工作中，我们提出了一个新的源设备无关的协议，基于正算子值测量（POVM），它可以任意增加认证位的数量为任何固定的维度。考虑到量子边信息，仅使用POVM结构和实验期望值导出了量子条件最小熵的一个紧下界。对于对称POVM测量的布洛赫球，我们推导出封闭形式的分析界限。最后，我们用一个紧凑而简单的光子设置实验证明了我们的方法，该光子设置采用偏振编码量子比特和POVM多达6个结果。
2020-10-12 quant-ph
