基于“单光子非定域性”的量子密钥分发与随机数生成方案及其设备无关安全性分析

由Tan、Walls与Collett（TWC，1991）的论文引发的“单光子非定域性”问题开启了长达三十年的争论。这阻碍了在量子密码学中使用TWC干涉方案。该方案涉及将单光子经50-50分束为两路模式，传播至两个空间分离的观测站，并在此处进行弱同调测量。此类安排的物理学与非经典性直至最近才被理解，并指出当本地测量设置因弱本地振荡器开或关而不同，且开状态下的同调非平衡时，可观测到Hardy（1994）所提出的无疑义的贝尔非经典性。基于此，我们提出了一种基于单光子的设备无关量子密钥分发方案，其即使面对不可 signaling 窃听也是安全的。在我们的协议中，密钥的随机比特通过对单光子的测量获得，即Alice与Bob两端均为关设置，而若在对窃听测试的运行中观测到涉及开与关弱同调测量作为备选本地设置的特定贝尔不等式违背，则安全性得到正向验证。此处的安全性分析基于将关联分解为不可 signaling 多面体的极值点，从而可识别仅受不可 signaling 原理约束的任何窃听的最优策略。针对该策略计算了密钥率，并将其与特定Clauser-Horne不等式的违背相关联。我们也调整此分析，基于旧有思想提出了一种自检测量子随机数生成器，该思想利用量子光入射50-50分束器时反射与透射事件的随机性。