Effects of photon statistics on quantum random number generators and photon detection efficiency

Foton istatistiklerinin farklı kuantum uygulamaları üzerindeki etkileri bu tezde açıklanmaktadır. Temel olarak iki bölüm vardır: Birinci bölüm rastgele demetlenmiş ve eşevreli demetlenmiş fotonların sürekli ölçümü üzerinedir. İkinci bölüm demetlenmemiş tek foton davranışına ve onun tek foton ölçümüne odaklanmaktadır. Rastgele sayılar kriptografide, simülasyon teknolojilerinde ve finansta temel kaynaklardır. Kuantum mekaniğinin içsel davranışı, kuantum sistemlerini mükemmel bir entropi kaynağı yapar. Kuantum rastgele sayı üretimi (KRSÜ), birçok alternatif üretim yöntemi ile en çok tercih edilen kuantum teknolojilerinden biridir. Bu nedenle, radyoaktif bozunmaya dayalı ilk uygulamalardan, kuantum tabanından entropi toplamak için ışığın kuantum durumlarını kullanmanın çoklu yollarına kadar olan kuantum rasgele sayı üretimindeki farklı teknolojiler arasından vakum dalgalanma yöntemini kullanmayı seçtim. Tezin bahsedilen birinci bölümünde termal ve koherent ışık kaynaklarının foton istatistikleri ve saçılmaları karşılaştırılmıştır. Süper Poisson dağılımına sahip kaynakların Poisson dağılımından daha iyi rastgeleliğe sahip olduğu gösterilmiştir. Optimum örnekleme oranı, yetersiz örnekleme, saçılan sinyalin minimum otokorelasyonu için gecikme noktasının iki katı olarak ayarlandığında elde edilir. Saçılma mekanizmalarının bir entropi kaynağı olarak kullanılması, hızı arttırdı ve son işlem prosedürünü önemli ölçüde kısalttı, daha yüksek hızlı KRSÜ üretim teknolojilerinin yolunu açtı. Tezin ikinci bölümünde başlangıçtaki dolaşıklık özelliğini tamamen kıran, oldukça kayıplı ve gürültülü bir ortamda optimal klasik şema üzerinde bir sinyal gürültü oranı (SNR) iyileştirmesi sağlayan dolaşıklık tabanlı bir algılama protokolünü tanıtıyorum. Deneyde kullanılan cihazlardan veya kurulumun açık sisteminden kaynaklanan kusur, kaynaklar oluşabilecek yüksek gürültü koşullarında haberci kaybı yüksek olacaktır. Buna bağlı olarak dedektörlerin ayrıca yüksek gürültü koşullarının etkisi altında ve zamanlama jitterlerinden kaynaklanan sınırlamalardan dolayı ölçüm hataları gösterdiği gözlemlenmiştir. Dedektörlerin doygunluğa yakın koşullarda yanıltıcı davranışı, çapraz korelasyon ölçümleriyle desteklenir. Doygunluk bölgesi ve doygunluk sınırları aşıldığında yanıltıcı ölçüm yapabilen bu cihazların güvenilmezliğene vurgu yapıldı. Bu gibi durumlarda herhangi bir düzenleme yapmadan sistemin kuantum avantajından yararlanmak mümkün olmadığı açıklandı. Bu bölümde sunulan özel teknikli kuantum algılama sistemi sonucu, bir kuantum kaynağının, tüm eksiklikleri ve sınırlamaları bilinerek başlangıçtaki klasik olmayan özelliği kaybolduğunda bile faydalı bir şekilde kullanılabileceğini açıkça gösterilmektedir.