我校郭光燦院士團隊在源無關量子隨機數研究領域取得新進展。該團隊的王雙、韓正甫等人針對源無關量子隨機數系統中測量設備的實際特性展開研究，提出了測量端由於探測器後脈衝、探測效率不匹配、探測器對光源分布敏感等特性所帶來的安全性問題，並給出了相應的解決方案。該成果發表在12月10日的國際知名學術期刊《npj Quantum Information》上。
源無關(source-independent)量子隨機數協議是2016年提出的一種新型量子隨機數協議。該協議通過監測用於生成隨機數的相互無偏基的誤碼，可以在光源不可信的情況下，產生安全的私密隨機數。該協議可以同時兼顧隨機數發生器的安全性與高速率的需求，並可以容忍非常高的設備損耗。然而該協議仍然存在一些關鍵安全性問題，例如沒有考慮探測器後脈衝效應、多探測器的探測效率不匹配、探測器對光源分布敏感等特性所帶來的安全性隱患，這些問題嚴重限制了協議的實際應用。
為了有效解決上述問題，王雙、韓正甫等人首先給出了包含以上參數的探測器模型，並進一步評估了這些問題對現實安全性的影響。針對探測器後脈衝效應，該團隊給出了竊聽者能夠獲得隨機數信息的最小熵下界；針對探測效率不匹配和探測器對光源分布敏感問題，該團隊提出了一種光源分布監測方法，並在充分考慮有限碼長效應的條件下給出了基於組合安全性的碼率公式。該成果量化分析了測量設備不完美性對源無關量子隨機數系統的安全性影響，為實現超快實用化的源無關量子隨機數發生器提供了解決方案。
圖1 包含分布監測模塊的源無關量子隨機數發生器實驗方案圖
圖2 後脈衝效應對條件最小熵的影響
論文的第一作者為該實驗室博士生林幸，通訊作者為王雙教授。該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和安徽省的資助。
附文章連結：https://doi.org/10.1038/s41534-020-00331-9
（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部）