[發明專利]一種基于光強漲落的量子隨機數生成器

在審

• 申請號: 201810477092.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108446100A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 馬雄峰;曾培
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳攀;王琦

本發明提供了一種基于光強漲落的量子隨機數生成器。該量子隨機數生成器包括：超發光二極管光源、光子探測器、電流放大器和模數轉換器；所述超發光二極管光源，用于生成光強具有量子漲落的信號光，并將信號光輸出至光子探測器；所述光子探測器對接收到的信號光進行采樣，得到電流信號，并將得到的電流信號輸出至電流放大器；電流放大器對接收到的電流信號進行放大，并將放大后的電流信號輸出至模數轉換器；所述模數轉換器，用于將接收到的電流信號轉換成離散的數字信號并輸出。應用本發明可以利用光強漲落生成隨機數，有效地提高探測器的可靠采樣速率，大大提高量子隨機數的產生速率。

技術領域

本申請涉及量子信息通信技術領域，尤其涉及一種基于光強漲落的量子隨機數生成器。

背景技術

在現代社會中，隨機數在經濟、科學、國防、工業生產等各個領域扮演著重要的角色。具體而言，在統計分析、工業和科學領域的仿真、密碼學、生活中的博彩業等各方面，隨機數都有非常重要的應用。

經典的隨機數生成方法只能產生偽隨機數。例如，現有技術中的經典的隨機數生成方法往往是基于某些確定的算法來生成隨機數，但是這種基于算法的軟件方法只能產生偽隨機數。從其生成原理上來看，偽隨機數實際上只是“看起來像”是一個隨機數，也就是說，以現在的科學技術水平，在有限的時間內，只有非常小的可能性區分出偽隨機數和真隨機數的不同。但是，從本質上來說，偽隨機數和真隨機數的熵是不同的。因此，這些偽隨機數實際是可以被預測的，而并不是真正的隨機數。所以，在一些特定的領域或實際使用場景(例如，在安全通訊、量子通信等要求保證絕對安全的領域等)，這種偽隨機數是不安全的，不能直接使用偽隨機數。

現有技術中還有根據物理過程的隨機性的隨機數生成器。例如，使用電子元件的噪音、核裂變宇宙噪聲、電路的熱噪聲、放射性衰變等物理過程來生成隨機數的隨機數生成器。使用這種方式生成的隨機數雖然不會隨著計算能力的發展而產生風險，但是由于它們仍然是經典系統，所述生產的隨機數的隨機性并無法從本質上得到保證。

現有技術中還提出了量子隨機數生成器。該量子隨機數生成器是根據量子力學的基本原理來生成量子隨機數，該量子隨機數是一種真隨機數。現有技術中已經提出了很多的量子隨機數生成器方案，例如，利用單光子探測、量子非局域性的隨機數生成器都已經實驗成功。同時，商業量子隨機數生成器，例如基于單光子探測的ID-Quantique隨機數生成器，也已經進入市場。

現有技術中的量子隨機數生成器，主要是采用將已知源直接進行量子測量的方法，來產生由量子力學原理保障的真隨機數。例如，基于單光子探測的ID-Quantique隨機數生成器，是通過發光二極管向半透半反的鏡子發射單光子，并由兩個單光子探測器來分別檢測被透射或被反射的光子。由于一個單光子會被透射還是會被反射在本質上是一個量子效應，因而所得到的量子隨機數是一種真隨機數。

然而，在已有的量子隨機數生成方法中，由于光源產生光子的速率較慢、量子光源的線寬較窄導致相干時間長等原因，使得現有技術中的量子隨機數的生成速率受到了很大限制，而且探測器的可靠采樣速率也較低。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于光強漲落的量子隨機數生成器，從而可以利用光強漲落生成隨機數，有效地提高探測器的可靠采樣速率，大大提高量子隨機數的產生速率。

本發明的技術方案具體是這樣實現的：

一種基于光強漲落的量子隨機數生成器，該量子隨機數生成器包括：超發光二極管光源、光子探測器、電流放大器和模數轉換器；

所述超發光二極管光源，用于生成光強具有量子漲落的信號光，并將信號光輸出至光子探測器；

所述光子探測器對接收到的信號光進行采樣，得到電流信號，并將得到的電流信號輸出至電流放大器；

電流放大器對接收到的電流信號進行放大，并將放大后的電流信號輸出至模數轉換器；