通过爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（Einstein-Podolsky-Rosen, EPR）效应在“准备-测量”（prepare-and-measure）场景中实现实验性量子随机性认证

《Science China-Information Sciences》：Experimental quantum randomness certification via Einstein-Podolsky-Rosen steering in prepare-and-measure scenario

量子随机性源于量子系统的固有不可预测性，是安全通信和统计应用的关键资源。现有研究多聚焦于基于量子纠缠分发（ED）的随机性生成，但高维系统中维持纠缠面临挑战。本文提出基于EPR导引的PM场景下量子随机性认证协议，通过构建两设定导引不等式验证其违反，证实随机性生成。实验在高维系统中实现，噪声容忍度随维度增加而提升，在四维导引下获得1.2804±0.0044比特认证随机性，超越单比特阈值63.7个标准差。相较ED方案，该协议简化实验实现同时保持高安全性，适用于资源受限的密码学与安全通信场景。

　　

摘要

量子随机性以其固有的不可预测性为特征，是安全通信和统计应用中的关键资源。虽然基于量子纠缠的随机性通过纠缠的单态特性提供了更高的隐私性，但现有研究主要集中在纠缠分发（ED）场景上，在这些场景中维持纠缠面临严峻挑战，尤其是在高维系统中。准备-测量（PM）场景可以通过直接表征条件概率来解决这一问题。爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）操控是一种特殊的纠缠类型，能够以一种与设备无关的方式证明随机性。在这里，我们提出了一种通过EPR操控在PM场景中证明量子随机性的协议，并在高维系统中进行了实验验证。我们的方法构建了一个双设定操控不等式，并证明了其违反情况能够证明随机性的产生。我们发现，随着操控维数的增加，该方法能够容忍更高的噪声。实验验证表明，在真实的四维操控下，认证的随机性达到了1.2804 ± 0.0044比特，超过了1比特的阈值63.7个标准差。这一结果突显了该协议对噪声的鲁棒性和在实际应用中的可扩展性。与基于ED的方案相比，我们的PM场景简化了实验实现过程，同时保持了高安全性，使其特别适用于密码学和安全通信中的资源高效应用。