[發明專利]一種基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置

在審

• 申請號: 201811473863.5
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109542396A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 張萬里;趙義博
• 申請（專利權）人: 浙江九州量子信息技術股份有限公司
• 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

一種基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置，可調功率分束器其一個輸入端連接信號輸入Signal，另一個輸入端懸空；可調功率分束器包括的兩路輸出端，兩路輸出端分別通過連接波導的兩分路連接第一探測器芯片與第二探測器芯片，兩分路連接波導具有相同的光程，第一探測器芯片與第二探測器芯片的輸出端分別連接平衡零差電路的輸入端，平衡零差電路的輸出端連接運算放大器。與現有技術相比，本發明不需要VOA和VODL，減小了系統的復雜度，提高了系統可靠性。另外，本發明將通過波導工藝制作可調功率分束器和連接波導，相對于傳統分立元件隨機數熵源裝置具有體積小、成本低、封裝簡單，電學控制簡單等優點。

技術領域

本發明涉及量子相位編碼技術領域，特別涉及一種基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置。

背景技術

隨著信息化的高速發展，人們對信息的安全越來越關注，為此，將密碼學引入到信息系統來保障信息的安全。密碼學的核心——密鑰的質量主要依賴于隨機數的不可預測性和不可重復性。因此，如何生成高質量隨機數來滿足密鑰的需要是信息安全研究的重要方向。

量子隨機數發生器是迄今為止唯一的從理論上可以論證的真正的隨機數發生器，其本質是由量子力學的基本原理決定的。隨著當前量子通信領域的高速發展，對真正的隨機數發生器的性能和速度都提出了極大的要求(>10Gbps)。量子隨機數發生器作為真隨機數發生器產品，在實用化量子密碼系統等對隨機性質量和安全性要求較高的領域中具有重要的應用，其符合國際NIST標準和 AIS31標準等隨機數檢測標準，通過了國際最高級別的安全加密檢測認證，主要應用于密鑰分發系統和安全秘鑰系統。

量子隨機數熵源是決定量子隨機數發生器性能的關鍵模塊。其中，基于真空漲落的量子隨機數發生器是最常見的隨機數裝置。其原理是：在量子光學中，真空態在相空間中的振幅和相位的正交分量不能同時被精確地探測。一般來說，傳統的基于真空漲落的量子隨機數熵源的裝置圖1所示：由3dB耦合器、可調光衰減器(Variable Optical Attenuator，VOA)、光纖可調延時線(Variable Optical Delay Line，VODL)、平衡零差探測器等分立元器件搭建組成。傳統裝置需要通過VOA和VODL控制3dB耦合器輸出的兩路光信號的強度完全相等且同時到達平衡零差探測器，來抑制經典噪聲及產生高質量隨機數信號。傳統裝置具有系統體積大、驅動控制復雜、系統穩定性差、成本高等缺點。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置，以解決了傳統隨機數熵源裝置體積大、驅動控制復雜、系統穩定性差、成本高等問題。其原理是利用可調光功率分束器代替VOA和VODL實現基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置的兩路光的均衡性。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置，包括可調功率分束器、連接波導、第一探測器芯片與第二探測器芯片以及平衡零差電路，所述可調功率分束器其一個輸入端連接信號輸入Signal，另一個輸入端懸空；可調功率分束器包括的兩路輸出端，所述兩路輸出端分別通過連接波導的兩分路連接第一探測器芯片與第二探測器芯片，所述兩分路連接波導具有相同的光程，所述的第一探測器芯片與第二探測器芯片的輸出端分別連接平衡零差電路的輸入端，所述平衡零差電路的輸出端連接運算放大器。

優選地，所述可調功率分束器的結構為定向耦合器、2x2多模干涉耦合器(Multimode Interference,MMI)、馬赫曾德干涉儀中的一種。

3、如權利要求1所述基于真空漲落原理的隨機數熵源裝置，其特征在于，所述可調功率分束器的材料為氧化硅波導、SiON波導、Si₃N₄波導、Si波導、Ge波導以及聚合物波導中的一種或是組合。

優選地，所述連接波導的外形包括條形、脊形、圓形或者扁平型。