[發(fā)明專利]一種量子隨機數(shù)發(fā)生器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710681418.7
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107544771A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝海榮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江科易理想量子信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，尤其涉及量子隨機數(shù)發(fā)生方面。

【背景技術(shù)】

近年來，隨著重要信息泄漏事件及黑客攻擊事件的頻有發(fā)生，信息安全及安全通信的重要性越來越受到關(guān)注，其中圍繞量子通信展開的通信技術(shù)最為看好。

在量子通信領(lǐng)域中，常常利用量子密鑰對信息進行加密，而量子密鑰的產(chǎn)生又是通過隨機數(shù)的產(chǎn)生加以算法換算得出。這也就使得隨機數(shù)的重要性變得非常關(guān)鍵，而量子隨機數(shù)作為“真隨機數(shù)”一直被認為是該領(lǐng)域的核心所在。

如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中的一種隨機數(shù)發(fā)生器的示意圖，其中，激光二極管(LD)作為光源，其輸出為線偏振的激光。在光源前面是幾個光闌組成的光衰減裝置。調(diào)節(jié)激光與分束器分束面的水平偏轉(zhuǎn)角度的同時，檢測兩光路初設(shè)的光功率，使其相等。分束器出來的光被可調(diào)單模光纖耦合器分別耦合進入兩根同樣長的多模光纖。光纖輸出到單光子探測器APD，將光子轉(zhuǎn)換成電信號。計算機或者FPGA通過處理電信號，最終產(chǎn)生隨機數(shù)列。

然而，該量子隨機數(shù)發(fā)生器的系統(tǒng)設(shè)置比較復雜，成本比較高，相應的可靠性也低，另外其隨機數(shù)產(chǎn)生的碼率也較低。

鑒于此，實有必要提出一種結(jié)構(gòu)簡單性能可靠，同時碼率又能提高的量子隨機數(shù)發(fā)生器。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供了一種量子隨機數(shù)發(fā)生器，結(jié)構(gòu)簡單，保證其工作效率及性能。

根據(jù)本發(fā)明的量子隨機數(shù)發(fā)生器，其包括：量子發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生光量子；第一探測器，用于探測到達所述第一探測器的所述光量子，并將探測到的光量子信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述光量子包括第一光量子及第二光量子；其特征在于，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器還包括，計時器，用于記錄第一光量子被第一探測器探測探測到的時間與上一光量子被第一探測器測到的時間之間的間隔時間X1；用于記錄所述第二光量子被第一探測器探測到的時間與第一光量子被第一探測器探測到的時間之間的間隔時間X2；

進一步地，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器還設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊對所述間隔時間X1與所述間隔時間X2取差值得到隨機變量Y。

進一步地，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器還設(shè)有第二探測器，所述量子發(fā)生模塊包括光源及光衰模塊。

進一步地，所述光源以每10個脈沖為一個光量子進行工作。

進一步地，相同時間內(nèi)，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器還設(shè)有可調(diào)節(jié)工作頻率的時鐘，所述時鐘與所述第一計時器及第二計時器相配合。

進一步地，所述時鐘的工作頻率大于200Hz。

進一步地，所述時鐘的工作頻率為1GHz。

進一步地，所述第一計時器包括第一數(shù)據(jù)鎖存模塊及第一時鐘拍打模塊；所述第二計時器包括第二數(shù)據(jù)鎖存模塊及第二時鐘拍打模塊。

進一步地，所述第一探測器探測到光量子后，會將相應的信息鎖存于所述第一數(shù)據(jù)鎖存模塊并傳送給所述第一時鐘拍打模塊，所述第一時鐘拍打模塊接收到所述信息后記錄所述時間X1，并對所訴第一時鐘拍打模塊的數(shù)據(jù)清零，所述第一時鐘拍打模塊與所述第二時鐘拍打模塊同時清零。

通過本發(fā)明，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器與現(xiàn)有技術(shù)相比，省去了分束器，耦合器，光纖等設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)簡單，制造成本相對較低，同時利用每兩個光子到達的時間的差值作為隨機變量，然后在轉(zhuǎn)換成相應的隨機數(shù)，在一定程度上提高了而這也的概率是很低的。

【附圖說明】

圖1是現(xiàn)有技術(shù)方案示意圖；

圖2是本發(fā)明量子隨機數(shù)發(fā)生器示意圖(局部)；

圖3是本發(fā)明量子隨機數(shù)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖(部分)；

【具體實施方式】

如圖2及圖3所示，為本發(fā)明的量子隨機數(shù)發(fā)生器(未標號)的一種實施方案，所述量子隨機數(shù)發(fā)生器包括：量子發(fā)生模塊10，用于產(chǎn)生光量子(未標號)；第一探測器APD1及第二探測器APD2，用于探測到達所述第一、第二探測器APD1、APD2的所述光量子，并將探測到的光量子信號轉(zhuǎn)換成電信號；所述光量子包括第一光量子(未標號)及第二光量子(未標號)；所述量子隨機數(shù)發(fā)生器還包括，計時器(未標號)，用于記錄所述第一光量子被第一探測器探測APD1或第二探測器APD2探測到的時間與上一光子被第一探測器或者第二探測器探測到的時間之間的間隔時間X1；同時還記錄所述第二光量子被第一探測器或第二探測器探測的時間與第一光量子被第一探測器或第二探測器探測到的時間之間的間隔時間X2；數(shù)據(jù)處理模塊305，對所述時間X1與所述時間X2取差值得到隨機變量Y。