无漏洞贝尔不等式检验和器件无关量子随机数研究

发布时间：2021-06-05 10:28

　　量子力学自诞生之日起,就伴随着质疑与争论。以爱因斯坦为代表的一众科学家坚信局域实在论,认为量子力学只是对客观世界的一种不完备的描述,而以玻尔为代表的另一方则认为量子力学就是对客观世界的真实描述。双方展开了接近三十年的争论,直到1964年约翰贝尔提出了著名的贝尔不等式,使得这场旷日持久的争论第一次能够通过实验的手段来进行验证。贝尔的理论指出,根据量子力学预测得出的一些现象并不能通过局域实在论来解释。贝尔不等式的违背恰好体现出了量子力学与局域实在论之间的冲突。在以往的贝尔不等式实验中,实验结果均支持量子力学对客观世界的描述,但是又由于现实实验与理想模型之间的区别,需要引入不同假设才能保证结果的有效性,这些假设的存在会引入一些漏洞,使得局域实在论也可以解释实验中的现象,因此,要想进一步验证量子力学的完备性,实现无漏洞的贝尔不等式检验就显得尤为重要。本文介绍的主要工作之一就是,我们在同时关闭了局域性漏洞和探测效率漏洞的前提下,利用星光光源的随机性来选择测量基矢,从而首次在实验开始前11年内排除定域隐变量对实验的影响,验证了量子非定域性的成立。另一个工作是,在无漏洞贝尔不等式检验的实验基础上,我... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ＥＰＲ－Ｂｏｈｍ－Ｂｅｌｌ装置

机序列均勾分布。??传统的量子随机数产生器需要假设器件内部工作正常，以确保其输出随机??序列的质量。这会给用户带来很大负担，而器件无关的量子随机数产生器则无需??假设器件的内部工作原理。到目前为止，己经提出并证明了各种量子随机数产生??器的方案，并且各种商业产品已经投入使用。根据器件所需的安全性假设，随机??数产生器可以被分为三类：器件无关的量子随机数产生器，半器件无关的量子随??机数产生器和与器件有关的随机数产生器。它们的实用性和安全性如１．２所示。??——：丨??ｃ．??图１．２比较三种量子随机数产生器（器件无关的量子随机数产生器、半器件无关的量子随??机数产生器和器件有关的量子随机数产生器）在安全性和实用性上的关系。??在过去的十年中，器件无关的量子随机数产生器在学术研宄方面取得了长??足的进步。最早的器件无关的想法是在１９９８年，由Ｍａｙｅｒｓ和Ｙａｏ在关于量子??密钥分发的研宄［５７］中提出的，随后其在２００６年发展的自检测理论［５８］是该??领域中里程碑式的成果，为器件无关的量子随机数打下了理论基矗在２００７年，??Ｃｏｌｌｂｅｃｋ，Ｒｏｇｅｒ?［５９］首次提出器件无关量子随机数的想法，随后的数年中，多项??１２??

?第一章绪论???Ｘ?■?ｙ??ｉｌ＾?｜「―至―」??Ａｌｉｃｅ?Ｉ?Ｂｏｂ??ｉｌｌ??ａ?■?ｂ??图１．４两体类贝尔不等式检验示意图。??１．６论文内容介绍??贝尔理论为人类探宄量子世界提供了重要基础，而无漏洞贝尔不等式的实??验结果也证明了真正的随机性的存在，进而引发了人们对随机这一概念的深入??思考，并提出了器件无关量子随机数的概念。本文详细介绍了关于无漏洞贝尔不??等式和器件无关量子随机数的研宄。??第二章主要介绍了无漏洞贝尔不等式检验实验中需要的一些关键技术，包??括量子态的制备、测量、以及单光子探测等内容。利用周期性极化晶体和Ｓａｇｎａｃ??结构搭建纠缠光源，并重点介绍了为提高纠缠源效率所作的参数设计。??第三章详细介绍了在无漏洞贝尔不等式实验中，利用宇宙中的星光作为随??机数源来进行测量基矢选择，从而在关闭了局域性漏洞和探测效率漏洞的同时，??将局域隐变量对实验结果的影响推回实验前至少１１年。在这一章中，我们研究??了利用星光产生随机数的具体方法，以及为了关闭贝尔不等式检验中的漏洞时??所作的实验设计。并给出了对实验结果的分析方法，利用ＰＢＲ假设检验方法给??出了极高的置信概率来排除隐变量的影响，为之后实现器件无关量子随机数打??下了基矗??第四章的内容围绕着器件无关的量子随机数展开，介绍了具体的实验方案，??以及优化方案中需要的参数的方法，重点关注了如何利用量子估计因子来估计??实验中随机性的产率，和如何优化出量子评估因子。随后对实验装置和实验过程??中输入的变量进行了刻画。在最后的数据分析中，展示了从原始数据中提取随机??性的方法，以及实验系统在长时间运行时的数据表现等


本文编号：3211992