Efficient and robust quantum random number generation by photon number detection

量子密钥分配 量子 计算机科学 光子计数 统计物理学
作者
M. J. Applegate,O. Thomas,James F. Dynes,Zhiliang Yuan,David A. Ritchie,Andrew J. Shields
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:107 (7): 071106- 被引量:34
标识
DOI:10.1063/1.4928732
摘要

We present an efficient and robust quantum random number generator based upon high-rate room temperature photon number detection. We employ an electric field-modulated silicon avalanche photodiode, a type of device particularly suited to high-rate photon number detection with excellent photon number resolution to detect, without an applied dead-time, up to 4 photons from the optical pulses emitted by a laser. By both measuring and modeling the response of the detector to the incident photons, we are able to determine the illumination conditions that achieve an optimal bit rate that we show is robust against variation in the photon flux. We extract random bits from the detected photon numbers with an efficiency of 99% corresponding to 1.97 bits per detected photon number yielding a bit rate of 143 Mbit/s, and verify that the extracted bits pass stringent statistical tests for randomness. Our scheme is highly scalable and has the potential of multi-Gbit/s bit rates.

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