[實用新型]一種基于真空漲落的量子隨機數發生器

有效

• 申請號: 201820742637.1
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN208172777U
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 馬雄峰;周游
• 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

本實用新型提供了一種基于真空漲落的量子隨機數發生器，包括：光源、分束器、第一探測器、第二探測器、減法器和模數轉換器；光源將生成的相干光輸出至分束器的第一輸入端；分束器的第二輸入端接收真空態；分束器將相干光和真空態分成兩束光信號分別輸出至第一、第二探測器；第一探測器將光信號轉換成第一電流信號并將其輸出至減法器的第一輸入端；第二探測器將光信號轉換成第二電流信號并將其輸出至減法器的第二輸入端；減法器將所接收到的第一電流信號和第二電流信號的差值輸出至轉換器；轉換器將差值轉換成離散的數字信號。應用本實用新型可以利用真空態的量子漲落生成隨機數，有效地增加隨機數產生率，保證由此而產生的隨機數的真隨機性和可靠性。

技術領域

本申請涉及量子信息通信技術領域，尤其涉及一種基于真空漲落的量子隨機數發生器。

背景技術

現代社會中有很多用到隨機數的場合，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。

現有技術中往往是基于某些確定算法來生成隨機數。但是，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。

隨著技術的進步，基于硬件的隨機數發生器也在不斷地發展。其中，有一類隨機數發生器是基于經典噪聲(例如，電路熱噪聲))的發生器。雖然在使用過程中由于噪聲系統的復雜性，其產生的隨機數是不可預測的，但是由于它們仍然是經典系統，因此所生成的隨機數在本質上還是事先確定好的，而并不是真正隨機的。

根據量子力學的基本原理，量子隨機數產生器可以產生真隨機數。在過去的十幾年間，有很多的量子隨機數發生器方案被提出，例如，基于單光子探測、基于光源強度或者相位測量的隨機數發生器都已經實驗成功。同時，商業量子隨機數發生器，例如基于單光子探測的ID-Quantique隨機數發生器，也已經進入市場。

現有技術中的量子隨機數發生器，主要是采用對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。但是，現有商用量子隨機數發生器大多采用單光子探測的方法，其隨機數的產生速率受到了單光子探測器死時間(dead time)的制約，使得其隨機數碼率很低，很難滿足當今科技層面和社會層面的不斷增長的需求。另外，近來所提出的基于光源的光強或相位噪聲測量的量子隨機數發生器，其光學裝置比較復雜，不便于集成和制造，難以得到廣泛地應用。此外，即使是量子隨機數發生器，也要對光源有一定的假設和要求，例如對光源的純度有一定要求。如果光源被入侵者破壞，其產生的隨機數也是不可靠的。而在實際應用中，一般很難在實際使用時完全保證源包含了足夠的量子隨機性，由此而生成的隨機數也無法得到有效地保障。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種基于真空漲落的量子隨機數發生器，從而可以利用真空態的量子漲落生成隨機數，有效地增加隨機數產生率，保證由此而產生的隨機數的真隨機性和可靠性。

本實用新型的技術方案具體是這樣實現的：

一種基于真空漲落的量子隨機數發生器，該量子隨機數發生器包括：光源、分束器、第一探測器、第二探測器、減法器和模數轉換器；

所述光源，用于生成相干光，并將相干光輸出至分束器的第一輸入端；