Réalisation d’un générateur quantique de nombres aléatoires indépendant du dispositif source et sécurisé par l’annulation de la dispersion non locale. Crédit : Ji-Ning Zhang
L’utilisation de la technologie de détection à photon unique, associée à des photons intriqués, facilite les applications pratiques de la génération quantique de nombres aléatoires (QRNG) pour les tâches d’information quantique sécurisée.
Les générateurs quantiques de nombres aléatoires (QRNG) génèrent un caractère aléatoire authentique fondé sur l’indétermination intrinsèque de la mécanique quantique. Ces générateurs sont essentiels dans diverses opérations liées au traitement de l’information et à l’informatique quantiques.
Toutefois, l’efficacité et la sécurité des QRNG sont considérablement affectées par les imprécisions ou les défauts des dispositifs de source quantique lors de la mise en œuvre réelle. Ces imperfections pourraient potentiellement conduire à l’élimination du hasard quantique. Pour atténuer ces problèmes, on utilise des QRNG indépendants du dispositif source (source-DI). Ceux-ci utilisent des sources non vérifiées, mais leurs dispositifs de mesure sont caractérisés avec précision, ce qui offre une solution à ces problèmes.
Dans une étude récemment publiée dans Advanced Photonics, des chercheurs de l’université de Nanjing ont récemment proposé et démontré expérimentalement un protocole QRNG source-DI sûr et rapide qui est simple et efficace pour une mise en œuvre pratique.
Le QRNG source-DI de ce travail est réalisé grâce à la technologie de détection à photon unique assistée par des photons intriqués. Les nombres aléatoires sont extraits par un processus qui mesure le temps d’arrivée d’un photon à partir d’une paire de photons intriqués dans le temps et l’énergie. Les paires de photons intriqués dans le temps et l’énergie sont produites à partir d’un processus de conversion paramétrique spontanée vers le bas (SPDC).
Les chercheurs ont pu confirmer la sécurité du système en certifiant l’intrication de l’énergie temporelle par l’observation de l’annulation de la dispersion non locale. Pour améliorer la sécurité, ils utilisent une relation d’incertitude entropique modifiée pour quantifier le caractère aléatoire, en tenant compte d’un problème bien connu de plage de mesure finie.
Ils font état d’un taux de génération sécurisé de bits aléatoires de 4 mégabits par seconde (Mbps), qui pourrait atteindre le niveau du giga bps avec des détecteurs à photon unique avancés, étant donné leur vitesse de détection plus rapide et leur résolution temporelle plus faible. Basé sur une source SPDC à guide d’ondes PPLN, le QRNG source-DI qu’ils ont réalisé peut être développé davantage en tant que dispositif intégré à l’échelle de la puce en explorant les techniques de génération, de manipulation et de détection de photons sur la puce.
Selon l’auteur correspondant, Yan-Xiao Gong, professeur à l’université de Nanjing, « comparé à plusieurs QRNG semi-DI existants, notre travail permet d’atteindre un excellent équilibre entre la sécurité, la vitesse et la praticité ». Il ajoute : « Cette recherche ouvre la voie à des applications pratiques de tâches d’information quantique sécurisées et favorise le développement de générateurs de nombres aléatoires quantiques de haute performance et de haute sécurité. »
Référence : « Realization of a source-device-independent quantum random number generator secured by nonlocal dispersion cancellation » par Jining Zhang, Ran Yang, Xinhui Li, Chang-Wei Sun, Yi-Chen Liu, Ying Wei, Jia-Chen Duan, Zhenda Xie, Yan-Xiao Gong and Shining N. Zhu, 5 mai 2023, Advanced Photonics.
DOI : 10.1117/1.AP.5.3.036003