[论文解读] Measurement-device-independent randomness certification by \emph{local} entangled states

Manik Banik|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2014

Quantum Information and Cryptography参考文献 8被引用 3

一句话总结

本文提出了一种测量设备无关（MDI）的随机性认证协议，该协议利用此前在设备无关（DI）场景中无效的局域可描述纠缠态，通过消除对可信测量设备的需求。其关键贡献在于证明，即使测量设备不可信，此类纠缠态仍可生成经认证的随机性，从而将可用的量子资源范围从非局域态扩展至其他类型。

ABSTRACT

Nonlocal correlations obtained from entangled quantum states are useful for device independent (DI) randomness certification [Nature (London) 464, 1021 (2010)]. The advantage of this DI protocol over the conventional quantum protocol is that even with untrusted experimental apparatus randomness can be certified. Although quantum entanglement is the necessary physical source for nonlocal correlation, these two are different concepts. There exist entangled states which produce no nonlocal correlation and hence are not useful for the DI randomness certification task. In this work we introduce measurement-device-independent randomness certification task and show that entangled states, having local description, can be useful resource in such task which otherwise are useless in corresponding DI scenario.

研究动机与目标

• 为解决在设备无关（DI）协议中仅非局域纠缠态可认证随机性的问题，尽管纠缠本身是一种更广泛的资源。
• 探究具有局域描述的纠缠态——此前在DI场景中无用——是否可在假设放宽的条件下仍可作为随机性认证的资源。
• 开发一种对测量设备缺陷具有鲁棒性的新协议框架，通过消除对测量设置可信度的需求。
• 证明即使局域纠缠态不具备非局域性，当测量设备不可信时，仍可实现安全的随机性生成。

提出的方法

• 提出一种测量设备无关（MDI）的随机性认证协议，将随机性认证与测量设备的可信度解耦。
• 使用可局域描述的纠缠态（即不表现出非局域关联）作为协议的输入资源。
• 设计一种协议，通过不依赖对测量装置可信度的测量方式来认证随机性。
• 采用一种修改后的随机性认证形式，其依赖于态的纠缠性而非其非局域性。
• 利用局域纠缠仍可产生对敌方不可预测的相关性，当测量设备不可信时。
• 使用量子信息理论工具对协议进行形式化，以确保对一般窃听策略的抗性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当测量设备不可信时，不表现出非局域性的纠缠态是否仍可用于随机性认证？
• RQ2 当非局域性缺失时，纠缠在随机性认证中起什么作用？
• RQ3 是否可能在不依赖非局域关联的情况下，实现类似设备无关的安全性以用于随机性生成？
• RQ4 在MDI框架下，局域纠缠态与非局域纠缠态在安全性和随机性生成能力方面有何比较？
• RQ5 在测量设备无关设置下，认证局域纠缠态随机性的最小假设是什么？

主要发现

• 此前因无法生成非局域关联而在标准设备无关随机性认证中无用的局域可描述纠缠态，在测量设备不可信时仍可用于随机性认证。
• 所提出的测量设备无关协议成功地从这些态中认证了随机性，表明在假设放宽的条件下，仅凭纠缠性——无需非局域性——即可成为充分的资源。
• 该协议即使在测量设备由攻击者控制的情况下，也能抵御一般窃听攻击。
• 该工作将可用于随机性认证的量子资源范围从非局域态扩展至包括其关联为局域实在论的态。
• 结果表明，当测量设备不可信时，设备无关随机性认证中对非局域性的要求可以被解除。
• 该框架提供了一种新范式：在MDI条件下，即使缺乏非局域性，纠缠性本身也足以实现随机性认证。