Ein Photonischer Quanten-Zufallsbit-Generator ohne Vorgeschichte und mit geringer Latenz für den Einsatz in lückenlosen Bell-Tests und allgemeinen Anwendungen

Zufallszahlen sind für unsere moderne informationsbasierte Gesellschaft unerlässlich. Im Gegensatz zu häufig verwendeten Pseudo-Zufallsgeneratoren sind physikalische Zufallszahlengeneratoren nicht von deterministischen Algorithmen abhängig, sondern von einem physikalischen Prozess, der echte Zufälligkeit liefert. In dieser Arbeit stellen wir einen konzeptionell einfachen optischen Quantenzufallszahlengenerator vor, der besondere Eigenschaften aufweist, die für die Anwendung in einem lückenlosen Bell-Ungleichungstest erforderlich sind, nämlich: (1) sehr kurze Latenzzeit zwischen der Anforderung eines Zufallsbits und dem Zeitpunkt, zu dem das Bit erzeugt wird; (2) alle für die Biterzeugung relevanten physikalischen Prozesse finden nach dem Bitanforderungssignal statt; und (3) hohe Effizienz bei der Erzeugung eines Bits auf eine Anforderung hin (100 % durch Design). Dieser Generator zeichnet sich durch weitere positive Eigenschaften aus: die Möglichkeit, eine hohe Bit-Erzeugungsrate zu erreichen, die Möglichkeit, einen Photonendetektor mit geringer Detektionseffizienz zu verwenden, eine hohe Anzahl von Bits pro detektiertem Photon (≈2) und die Einfachheit des Bit-Erzeugungsprozesses. Die erzeugten Sequenzen von Zufallsbits bestehen den NIST-STS-Test ohne weitere Nachbearbeitung.