基于广义测量的量子随机性认证、随机数生成及后处理的研究

发布时间：2023-06-03 10:18

　　随机数是一种重要的基础资源,广泛应用于科学、工业和商业等各个领域。在现代密码学中,真随机数的获取是所有信息安全协议的基本任务;在量子信息学中,真随机数是量子密钥分配协议的安全性基础。但是,由计算机确定性算法产生的随机数,无法从理论上证明其随机性,并不能保证输出序列是绝对安全的,存在一定隐患。近年来,随着量子信息技术的发展,量子力学中的内在随机性使得量子系统可以成为真随机数的完美来源。其中,设备无关的量子随机数发生器被认为是目前安全等级最高的随机数产生方式。本文主要研究基于广义测量的设备无关量子随机性认证及随机数生成方案,主要包括以下内容:(1)基于SIC-POVM的量子随机性认证方案的实验验证。该方案相比于传统的基于投影测量的随机性认证方案,可以从一个双光子最大纠缠态中最多认证2个比特的随机位。在放松假设的条件下,我们通过线性光学系统对其进行了原理性验证。根据实验中观测到设备无关条件下的量子非局域相关,后续研究可以通过半正定规划的方法,证明广义测量在随机性认证方案的优势,这项工作为随机性认证极限的研究提供了有价值的参考。(2)基于SIC-POVM的量子随机数生成方案的实验实现。该方案利...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 量子密码与量子随机数
        1.1.1 伪随机数发生器
        1.1.2 量子随机数发生器
    1.2 量子随机数发生器的发展状况
        1.2.1 实用化的量子随机数发生器
        1.2.2 半设备无关的量子随机数发生器
        1.2.3 设备无关的量子随机数发生器
    1.3 本文主要工作和内容安排
第二章 相关背景知识介绍
    2.1 量子力学基础知识
        2.1.1 量子态的介绍
        2.1.2 量子测量的介绍
    2.2 单光子态的制备与测量
        2.2.1 态的制备系统
        2.2.2 态的测量系统
    2.3 双光子纠缠态的制备
        2.3.1 II型BBO晶体的双光子纠缠源
        2.3.2 “三明治型”BBO晶体的双光子纠缠源
        2.3.3 PPKTP-Sagnac型双光子纠缠源
    2.4 随机性后处理及检测
        2.4.1 随机性量化
        2.4.2 随机性提取
        2.4.3 随机性检测
    2.5 本章小结
第三章 基于SIC-POVM的随机性认证方案的实验验证
    3.1 典型的设备无关随机性认证方案
    3.2 基于SIC-POVM的随机性认证方案
        3.2.1 研究背景及意义
        3.2.2 理论方案介绍
        3.2.3 实验方案介绍
        3.2.4 实验结果分析
    3.3 其他相关方案对比
    3.4 本章小结
第四章 基于SIC-POVM的随机数生成方案的实验实现
    4.1 实验方案介绍
    4.2 实验结果分析
        4.2.1 随机数生成
        4.2.2 随机性提取
        4.2.3 随机性检测
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 未来展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3829148