Sichere Zufallszahlengenerierung in Systemen mit kontinuierlichen Variablen

Die inhärente Ungewissheit ist eine Besonderheit der Quantenphysik, die genutzt werden kann, um hochwertige Zufallszahlen zu erzeugen. In realistischen Szenarien wird die Rohausgabe eines Quantenzufallszahlengenerators (Quantum Random Number Generator – QRNG) jedoch unweigerlich durch klassisches technisches Rauschen verfälscht. Die Integrität eines solchen Geräts kann gefährdet sein, wenn dieses Rauschen manipuliert oder sogar von böswilligen Parteien kontrolliert wird. In diesem Kapitel wird zunächst kurz erörtert, wie die Quantenzufälligkeit durch informationstheoretische Ansätze charakterisiert werden kann, konkret durch die Quantifizierung der Shannon-Entropie und der Min-Entropie. Anschließend betrachten wir verschiedene Möglichkeiten, wie klassische Side Information über diese Größen in einem kontinuierlich variablen QRNG berücksichtigt werden können. Als nächstes konzentrieren wir uns auf die von der Side Information unabhängige Zufälligkeit, die durch die Min-Entropie in Abhängigkeit vom klassischen Rauschen quantifiziert wird. Zu diesem Zweck präsentieren wir eine Methode zur Maximierung der bedingten Min-Entropie bei einem gegebenen Verhältnis von Quanten- zu klassischem Rauschen. Wir demonstrieren unseren Ansatz an einem CV-QRNG im Vakuumzustand. Abschließend stellen wir einige aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der Entwicklung sicherer CV-QRNG vor.