[發(fā)明專利]量子圖像傳感器量子隨機數(shù)生成

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780042100.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN110325960A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 恩納·阿姆里;雅辛·費爾克;達米安·斯圖克奇;馬佳居;埃里克·R·福薩姆
• 申請（專利權(quán)）人: ID量子技術(shù)公司;達特茅斯學(xué)院董事會
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王洵

1.一種量子隨機數(shù)發(fā)生器(QRNG)，包括：

量子圖像傳感器(QIS)，所述QIS包括像素陣列，所述QIS的每個像素被配置為將從光子源激射的光子轉(zhuǎn)換為帶電的光載流子，其中所述QIS被配置為以單光載流子靈敏度讀出每個像素以提供表示光載流子的數(shù)量的計數(shù)的信號；以及

其中，所述QRNG被配置為基于在時間間隔內(nèi)收集的光載流子的數(shù)量來輸出具有隨機性的隨機數(shù)數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QRNG，其中對于每個像素，在時間間隔內(nèi)收集的光載流子的數(shù)量被轉(zhuǎn)換為電壓，然后通過使用閾值電平被轉(zhuǎn)換為二進制信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的QRNG，其中，所述電壓與模擬域中的閾值電平進行比較。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的QRNG，其中所述轉(zhuǎn)換是在數(shù)字域中執(zhí)行的，其中所述光載流子信號由比特深度高于1比特的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號或數(shù)字數(shù)(DN)，并且所述數(shù)字信號或數(shù)字數(shù)被轉(zhuǎn)換為1比特隨機數(shù)。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，所述光子源強度是可調(diào)的，以實現(xiàn)所述隨機數(shù)數(shù)據(jù)的理想隨機性熵和/或?qū)崿F(xiàn)大于所述隨機數(shù)數(shù)據(jù)的隨機性熵的最小值。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，所述光載流子收集速率和所述閾值電平是可調(diào)的，以實現(xiàn)所述隨機數(shù)數(shù)據(jù)的理想隨機性熵和/或?qū)崿F(xiàn)大于所述隨機數(shù)數(shù)據(jù)的隨機性熵的最小值。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，能夠基于光子源與像素陣列的相對位置來調(diào)整所述光載流子速率。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，能夠通過片上或片外DAC提供的參考電壓來調(diào)整所述閾值電平。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，周期性地或非周期性地重置所生成的隨機數(shù)數(shù)據(jù)的可調(diào)節(jié)級別，以使隨機性熵最大化。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，周期性地或非周期性地調(diào)整以下項中的一個或多個，以使隨機數(shù)數(shù)據(jù)的隨機性熵最大化：收集光載流子的時間間隔、光子源強度和用于確定二進制輸出的值的閾值電平。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，所述QRNG包括光子源。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，所述QRNG包括隨機性提取器。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的QRNG，其中，所述QRNG包括光調(diào)節(jié)器，所述光調(diào)節(jié)器設(shè)置成使得由所述光子源激射的光子在撞擊所述像素陣列之前撞擊所述光調(diào)節(jié)器。

14.一種ORNG，包括：

量子圖像傳感器(QIS)，所述QIS包括點陣列，其中每個點被配置成提供對從光子源激射的光子的單光子檢測，其中所述光子源具有泊松光子激射統(tǒng)計規(guī)律；以及

其中，所述QRNG被配置為輸出隨機數(shù)數(shù)據(jù)，其中對于每個點，所述點在時間間隔內(nèi)檢測到的光子的數(shù)量是用于生成所述隨機數(shù)數(shù)據(jù)的量子隨機變量。