[發(fā)明專利]一種用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比寬帶平衡零拍探測(cè)器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110285348.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN113138018A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭曉敏;蔡少卓;鄧娟;郭龑強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/42
• 分類號(hào): G01J1/42;G01J1/44
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發(fā)明涉及量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比寬帶平衡零拍探測(cè)器，包括光電流產(chǎn)生電路、兩級(jí)放大電路以及直流信號(hào)放大電路；所述光電流產(chǎn)生電路中第一光電二極管的陽極和第二光電二極管的陰極連接，第一光電二極管的陰極連接正電壓，第二光電二極管的陽極連接負(fù)電壓；所述兩級(jí)放大電路中，第一級(jí)和第二級(jí)分別側(cè)重低噪聲系數(shù)和高增益放大；所述直流信號(hào)放大電路為比例放大電路，其輸入端與第一光電二極管的陽極連接，輸出端與直流輸出端口連接。本發(fā)明極大地提高了探測(cè)器的信噪比并保證了足夠的增益，適用于連續(xù)變量量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生中量子熵含量的高效提取，在量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比寬帶平衡零拍探測(cè)器。

背景技術(shù)

基于連續(xù)變量量子態(tài)分量起伏不確定性生成隨機(jī)數(shù)的方法，因其模型明確、高帶寬、強(qiáng)魯棒性、可芯片集成等優(yōu)勢(shì)成為一種有著很好應(yīng)用前景的量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方案。平衡零拍探測(cè)器能夠可靠地提取連續(xù)變量量子態(tài)的量子正交分量的噪聲起伏，具有將經(jīng)典噪聲共模抑制的同時(shí)還能把量子正交分量起伏增益放大到宏觀水平的優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛用于量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中。平衡零拍探測(cè)器的信噪比直接影響著連續(xù)變量量子隨機(jī)數(shù)的量子噪聲熵含量，其帶寬則直接決定著連續(xù)變量量子隨機(jī)數(shù)的熵源帶寬，也就是說，平衡零拍探測(cè)器直接影響著連續(xù)變量量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的安全性及產(chǎn)生速率。通信技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)信息傳輸速度與安全性要求越來越高，隨機(jī)數(shù)安全性及產(chǎn)率的提高迫在眉睫。所以本發(fā)明提出了研究適用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比、寬帶平衡零拍探測(cè)器。

平衡零拍探測(cè)器在電路設(shè)計(jì)上多采用一級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)，這種電路結(jié)構(gòu)因?yàn)榧?jí)數(shù)低，器件少，引入的電子噪聲少，能夠保證較高的信噪比，但是其增益和帶寬之間存在矛盾，不能同時(shí)獲得高增益和寬帶的性能。而采用二級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)的平衡零拍探測(cè)器，每一級(jí)放大都平衡增益和帶寬性能，兩級(jí)放大后，增益和帶寬都能夠獲得提升，不過其信噪比只能剛剛滿足大于10dB這一最低要求，并不能獲得較大的值，原因在于隨著放大級(jí)數(shù)的增加，器件增多，引入的電子噪聲也會(huì)增加，從而導(dǎo)致信噪比降低。除此之外，目前的平衡零拍探測(cè)器所用到的放大器基本都是跨阻放大器，如SA5211、AD829AQ等，它們更適用于低頻領(lǐng)域，在擴(kuò)大帶寬時(shí)，其增益性能會(huì)下降。這些問題很大程度上限制了平衡零拍探測(cè)器測(cè)量量子噪聲的能力。因此，如何提高平衡零拍探測(cè)器性能，仍需要探究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中平衡零拍探測(cè)器信噪比低、帶寬窄而導(dǎo)致的量子隨機(jī)數(shù)安全性和產(chǎn)率低的問題，提出了一種適用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比寬帶平衡零拍探測(cè)器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的高信噪比寬帶平衡零拍探測(cè)器，包括光電流產(chǎn)生電路、兩級(jí)放大電路以及直流信號(hào)放大電路；

所述光電流產(chǎn)生電路包括第一光電二極管、第二光電二極管，第一光電二極管的陽極和第二光電二極管的陰極連接，第一光電二極管的陰極連接正電壓，第二光電二極管的陽極連接負(fù)電壓；

所述兩級(jí)放大電路包括第一電容、低噪聲系數(shù)射頻放大器、第二電容、高增益射頻放大器和第三電容；所述第一光電二極管的陽極通過第一電容連接低噪聲系數(shù)射頻放大器的輸入端，低噪聲系數(shù)射頻放大器的輸出端通過第二電容連接高增益射頻放大器的輸入端，高增益射頻放大器的輸出端通過第三電容連接交流輸出；低噪聲系數(shù)射頻放大器和第二電容構(gòu)成交流信號(hào)第一級(jí)放大電路，高增益射頻放大器和第三電容構(gòu)成交流信號(hào)第二級(jí)放大電路；

所述直流信號(hào)放大電路為比例放大電路，其輸入端與第一光電二極管的陽極連接，輸出端與直流輸出端口連接。

進(jìn)一步地，第一電容、第二電容和第三電容為隔直電容。

進(jìn)一步地，第一電容、第二電容和第三電容都為pF量級(jí)。