基于秩一量子比特测量的量子界限与设备无关安全性

设备无关（DI）量子协议利用 Bell 不等式违例来确保安全性或认证量子特性，而无需对设备的内部工作原理做出假设。在本工作中，我们研究了秩一量子比特正定算子值测度（POVMs）在 DI 场景中的作用。此类 POVMs 包含所有量子比特极值 POVMs，即那些不能通过在其他测量中随机选择来实现的测量，以及部分非极值 POVMs，近期已被证明在序列量子协议的安全应用中非常有用。我们证明，当两方共享任意纠缠的双量子比特态并执行其他自认证测量时，任何秩一 POVM 均能在双分场景中产生使 Tsirelson 不等式饱和的关联，即对结果统计量线性组合的量子界限。对于极值 POVMs，这种饱和允许显式计算猜测概率和最坏条件 von Neumann 熵。基于 Tsirelson 不等式，我们建立了一种随机性认证方法，便于数值模拟和噪声分析。为了测试其可行性，我们利用三输出 POVM 在实验非理想条件下的倾斜纠缠态进行了概念验证实验。我们进一步探讨了非极值 POVMs 的情况，提供了对其在 DI 协议中作用的见解。