Generating Haar-Uniform Randomness Using Stochastic Quantum Walks on a Photonic Chip

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作者
Hao Tang,Leonardo Banchi,Tianyu Wang,Xiao-Wen Shang,Xi Tan,Wen‐Hao Zhou,Zhen Feng,Anurag Pal,Hang Li,Cheng-Qiu Hu,M S Kim,Xian-Min Jin
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:128 (5) 被引量:12
标识
DOI:10.1103/physrevlett.128.050503
摘要

As random operations for quantum systems are intensively used in various quantum information tasks, a trustworthy measure of the randomness in quantum operations is highly demanded. The Haar measure of randomness is a useful tool with wide applications, such as boson sampling. Recently, a theoretical protocol was proposed to combine quantum control theory and driven stochastic quantum walks to generate Haar-uniform random operations. This opens up a promising route to converting classical randomness to quantum randomness. Here, we implement a two-dimensional stochastic quantum walk on the integrated photonic chip and demonstrate that the average of all distribution profiles converges to the even distribution when the evolution length increases, suggesting the 1-pad Haar-uniform randomness. We further show that our two-dimensional array outperforms the one-dimensional array of the same number of waveguide for the speed of convergence. Our Letter demonstrates a scalable and robust way to generate Haar-uniform randomness that can provide useful building blocks to boost future quantum information techniques.
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