基于次线性共享量子资源的设备无关随机数生成

在量子密码学中，设备无关（DI）协议无需对执行协议的设备内部工作原理做假设即可认证其安全性。为了展示非定域性——这是 DI 协议的一个基本特征——设备必须由至少两个共享纠缠的独立组件组成。这引出一个基本问题：运行此类 DI 协议需要多少纠缠？我们提出了一种双设备 DI 随机数生成（DIRNG）协议，该协议从 $n$ 对任意弱纠缠的量子比特出发，可产生约 $n$ 比特的随机性。我们还考虑了一种变体协议：先将 $m$ 个单态稀释成 $n$ 个部分纠缠态，再执行上述第一个协议，结果表明所需单态数 $m$ 仅需随产生的随机比特数 $n$ 次线性增长。从操作角度看，这导致了一种远距离实验室间的 DIRNG 协议，仅需次线性量级的量子通信即可制备设备。