[發明專利]一種光量子隨機源裝置及隨機位提取方法

在審

• 申請號: 201510255763.5
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN104881268A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 鄢秋榮;張華;廖慶洪;周南潤;王慧
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

1.一種光量子隨機源裝置，其特征是包括激光二極管、衰減器、單光子計數模塊、FPGA隨機位提取電路、恒溫晶振時鐘電路、USB接口和計算機；激光二極管位于衰減器前方，單光子計數模塊位于衰減器后方；單光子計數模塊、恒溫時鐘電路與FPGA隨機位提取電路相連；FPGA隨機位提取電路、USB接口、計算機依次相連；

所述的FPGA隨機位提取電路包括倍頻模塊、分頻模塊、邊緣檢測模塊、16位計數器、偶校驗器、移位寄存器、FIFO-1存儲器、FIFO-2存儲器、USB2.0接口和控制邏輯單元；

恒溫晶振時鐘電路輸出的信號輸入倍頻模塊，倍頻模塊與分頻模塊和控制邏輯單元相連；單光子計數模塊輸出的單光子脈沖信號輸入到邊緣檢測模塊，邊緣檢測模塊與分頻模塊和16位計數器相連；16位計數器與偶校驗器和FIFO-2存儲器相連；偶校驗器、移位寄存器、FIFO-1存儲器、USB2.0接口依次相連；FIFO-2存儲器與USB2.0接口相連；倍頻模塊、分頻模塊、邊緣檢測模塊、16位計數器、偶校驗器、移位寄存器、FIFO-1存儲器和FIFO-2存儲器、USB2.0接口和控制邏輯單元相連。

2.權利要求1所述的一種光量子隨機源裝置隨機位提取方法，其特征是步驟如下：

(1)激光二極管輸出激光光束，該激光光束經衰減器衰減后產生離散的單光子序列；

(2)離散的單光子序列被單光子計數模塊探測到后，輸出離散的單光子脈沖信號；

(3)恒溫晶振時鐘電路產生高頻率穩定度的時鐘信號；

(4)將單光子計數模塊輸出的單光子脈沖信號和恒溫晶振時鐘信號輸入FPGA隨機位提取電路；

(5)FPGA隨機位提取電路提取隨機位的步驟依次如下：

(5.1)將輸入的恒溫晶振時鐘信號經倍頻模塊倍頻為更高頻率時鐘，該高頻時鐘作為FPGA的工作時鐘，輸入分頻模塊和控制邏輯單元；

(5.2)將倍頻后的高頻率時鐘信號分頻為更低頻率時鐘作為等時間間隔定時信號；

(5.3)將輸入的單光子脈沖信號進行邊緣檢測，然后輸出離散的隨機方波脈沖；

(5.4)系統復位后，控制邏輯單元檢測到等時間間隔信號的上升沿時，對計數器進行清零；

(5.5)計數器開始對單光子隨機脈沖進行計數；

(5.6)當下一個定時信號脈沖到達時，所述的FPGA隨機位提取電路進行以下操作：

1)將計數器內的值直接存到先進先出存儲器FIFO-2，以便通過USB2.0接口直接輸出等時間間隔內光子數，進行數據分析；

2)對計數器內的值進行大小判決，如此時計數器的值在預設閾值范圍內，則輸入偶校驗器進行偶校驗；

3)偶校驗采用按位取異或運算的方法實現，若16位計數器的D15～D0中有偶數個“1”，則D15⊕D14⊕D13⊕…⊕D2⊕D1⊕D0＝0,若D15～D0中有奇數個“1”，則D15⊕D14⊕D13⊕…⊕D2⊕D1⊕D0＝1。將校驗值作為所提取的隨機位移入移位寄存器；

4)當移位寄存器滿后，將移位寄存器的值存到先進先出存儲器FIFO-1；

5)如FIFO-1滿，通過USB2.0接口模塊向計算機發送數據，該數據為系統產生的隨機數；

6)將計數器清零，以便重新開始對單光子隨機脈沖進行計數。當下一等時間間隔定時信號到達時，重復上述過程。