[發(fā)明專利]一種量子隨機數(shù)產生方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811618534.5
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109783059B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 彭漢;陳思井;鄧治彬;袁進剛;張未冬;肖云;陳苗;陳紹銀
• 申請（專利權）人: 武漢船舶通信研究所（中國船舶重工集團公司第七二二研究所）
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 徐立

本發(fā)明公開了一種量子隨機數(shù)產生方法及裝置，屬于通信技術領域。所述方法包括：對量子隨機源產生的光信號進行探測；基于探測到的光信號，生成原始隨機序列，所述原始隨機序列包括多個按時間順序排列的采樣點；對兩個所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列。所述裝置包括：量子隨機源、光電探測模塊、以及控制器，所述量子隨機源用于，產生光信號；所述光電探測模塊用于，對量子隨機源產生的光信號進行探測，并基于探測到的光信號，生成原始隨機序列，所述原始隨機序列包括多個按時間順序排列的采樣點；所述控制器用于，對兩個所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列。

技術領域

本發(fā)明涉及通信技術領域，特別涉及一種量子隨機數(shù)產生方法及裝置。

背景技術

隨機數(shù)在量子通信、密碼學、博彩業(yè)、蒙特卡羅模擬、數(shù)值計算、隨機抽樣、神經網(wǎng)絡計算等領域有著廣泛而重要的應用。隨機數(shù)包括偽隨機數(shù)和真隨機數(shù)。偽隨機數(shù)通過一定的種子和確定性算法生成，真隨機數(shù)通過自然界中的物理過程產生。

量子隨機數(shù)發(fā)生器基于量子力學內在的隨機性，是理論上被嚴格證明能產生完全不可預知的真隨機數(shù)發(fā)生器。目前已有多種量子隨機數(shù)發(fā)生器方案，例如單光子路徑選擇方案、光子到達時間的方案、真空漲落的方案、激光器相位噪聲方案等。現(xiàn)有的量子隨機數(shù)產生方法包括：首先，采用量子物理系統(tǒng)提供自發(fā)輻射光，并對其進行濾波；其次，對濾波后的自發(fā)輻射光進行能量探測，將光信號轉換為模擬的電信號；再次，將模擬電信號轉換為數(shù)字信號；然后，基于獲得的多個數(shù)字信號，形成最終的二進制的隨機序列。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：通過量子物理過程產生的隨機源，由于實際系統(tǒng)器件的限制(如采樣設備中閾值電平的設置、探測器效率的不平衡、實際電路中的經典噪聲等因素)，通過探測和采樣之后得到的原始隨機序列存在一定的偏差和冗余，進而影響輸出隨機序列的統(tǒng)計特征。

發(fā)明內容

本發(fā)明實施例提供了一種量子隨機數(shù)產生方法及裝置，能夠經過嚴格的統(tǒng)計檢測，得到滿足統(tǒng)計的均勻性的隨機序列。所述技術方案如下：

一方面，提供了一種量子隨機數(shù)產生方法，所述方法包括：

對量子隨機源產生的光信號進行探測；

基于探測到的光信號，生成原始隨機序列，所述原始隨機序列包括多個按時間順序排列的采樣點；

對兩個所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列。

可選地，所述兩個所述原始隨機序列是，在兩個不同波長下分別探測所述量子隨機源產生的光信號生成的，或者，在同一波長下且在不同時刻探測所述量子隨機源產生的光信號生成的。

可選地，對兩個所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列，包括：

計算所述原始隨機序列中各個所述采樣點的均值；

基于所述原始隨機序列中各個所述采樣點的均值，更新所述原始隨機序列中各個所述采樣點的取值，所述原始隨機序列中的第j個所述采樣點的更新后的取值為，第j個所述采樣點的更新前的取值減去計算出的均值，j為正整數(shù)、且小于或等于n，n為正整數(shù)且大于1，n為所述原始隨機序列中的采樣點的數(shù)量；

對兩個更新后的所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列。

可選地，所述兩個更新后的所述原始隨機序列組包括第一隨機序列和第二隨機序列，所述對兩個更新后的所述原始隨機序列中的采樣點進行邏輯運算，得到真隨機序列，包括：

對所述第一隨機序列中的各個所述采樣點進行反轉處理，在所述反轉處理后，所述第一隨機序列的第t個所述采樣點中，高有效位到低有效位的排列順序是反轉處理前的排列順序的倒序，t為正整數(shù)、且小于或等于n；