100光子分辨与无偏随机数的量子生成
量子物理
2023-02-01 v2 光学
摘要
宏观量子现象，如超流体和超导体中观察到的现象，已带来了有前景的技术进步以及一些最重要的基础物理检验。目前，光的量子探测大多局限于微观尺度，其中雪崩光电二极管对区分单光子事件与真空非常敏感，但无法区分更大的光子数事件。除此之外，执行光子数分辨测量的能力对于包括计算、传感和密码学在内的多种量子信息应用极为重要。真正的光子数分辨探测器确实存在，但目前其分辨能力仅限于约 10 个光子量级，这对于若干基于预示探测的量子态生成方法而言太小。在这项工作中，我们通过实现一种基于复用高量子效率过渡边沿传感器（transition-edge sensor）的检测方案，将光子测量扩展到介观尺度，以准确分辨 0 到 100 之间的光子数。随后，我们通过对相干态在光子数基上进行采样，实现了一种无固有偏置的量子随机数发生器，以此演示了我们系统的使用。该方法对环境噪声、激光中的相位与振幅涨落、损耗与探测器低效以及窃听均具有鲁棒性。除真正的随机数生成外，我们的检测方案还可作为实现光子量子信息处理中有价值的量子测量与工程技术的手段。
引用
@article{arxiv.2205.01221,
title = {Resolution of 100 photons and quantum generation of unbiased random numbers},
author = {Miller Eaton and Amr Hossameldin and Richard J. Birrittella and Paul M. Alsing and Christopher C. Gerry and Hai Dong and Chris Cuevas and Olivier Pfister},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.01221},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 9 figures