CN101001141A - 用于控制随机数质量的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种能够快速控制随机数质量水平的随机数质量监控电路。当“0”输出部件和“1”输出部件通过单独接收随机数信号来生成随机数时，随机数质量监控器监控“0”和“1”个数之间的不平衡。如果发现偏离了期望比率，则驱动控制器单独控制“0”输出部件和“1”输出部件的接收特征，以便对偏离进行补偿。通过将共享随机数的特征比保持在50％处，可以减少在发送器和接收器之间被截取的信息量。

Description

用于控制随机数质量的电路和方法
技术领域
本发明涉及生成随机数的技术，并且更为确切地说，涉及用于控制随机数质量的电路和方法。
背景技术
持续快速发展的互联网一方面带来便利，另一方面安全性无法保证。因此用于保证通信安全的高级密码技术的需求不断增加。当前通常使用的加密方案可以分成两类：诸如DES(数据加密标准)和三重DES等密钥加密，以及诸如RSA(Rivest Shamir Adleman)和ECC(椭圆曲线加密)等公钥加密。不过，还有一些根据“计算复杂度”来确保通信安全性的加密通信方法，并且当出现能够进行大量计算的算法或加密分析算法时总是存在有密文被截断的风险。在这种情况下，量子钥匙分配(QKD)系统作为能够“绝对防窃听”的密钥分配技术而受到人们的重视。
在QKD中，一般使用光子作为通信媒介，并且通过将信息叠加在光子的量子态(诸如偏振和相位)上来进行传输。根据海森堡的测不准原理，无法将曾经观察到的光子的量子态完全地恢复到它在观察前的初始量子态。因此，如果位于传输线路上的窃听器通过对正在传输的光子进行窃听或通过任何其他方法拦截到信息，则所接收的由合法接收器所检测到的数据的统计值就会发生变化。通过监控这种变化，接收器可以检测到在传输线路上存在窃听器。
在量子钥匙分配法使用光子相位的情况下，发送器和接收器(按照传统的说明，下面将其分别称为“爱丽丝”和“鲍勃”)组成了光学干涉仪，并且爱丽丝和鲍勃各自对每一单个光子执行随机相位调制。根据这些相位调制的深度之间的差，可以通过鲍勃侧的光子接收器0或另一光子接收器1来获得输出。之后，爱丽丝和鲍勃彼此检查他们在输出数据的测量中所使用的各自条件部分，从而在爱丽丝和鲍勃之间最终能够共享相同的比特串。以下，对最典型的量子钥匙分配算法之一的BB84协议进行简短讲述，该算法的提出见Bennett和Brassard在IEEE Internatianal Conference on Computers，Systems and SignalProcessing(计算机、系统和信号处理国际会议)提交的“QuantumCryptography：Public Key Distribution and Coin Tossing”(量子加密：公钥分配与投币，Bangalore India，1984年12月10-12日，第175页开始)。
图1为示意图，示出了根据BB84协议的量子钥匙分配方法的概念。这里，假定爱丽丝(发送器)191和鲍勃(接收器)193通过光传输线路192相连。根据该方法，爱丽丝191有两个随机数源，其中一个提供用于表示密钥数据(0/1)的随机数1，而另一个提供随机数2，用于确定随机数1的信息编码方式。在利用光子相位的情况下，随机数2从对应于两个编码集的两个基中做出选择：相位为0和π的编码集，其分别表示密钥中的“0”和“1”(下面称之为“+基”)；以及相位为π/2和3π/2的编码集，其分别表示密钥中的“0”和“1”(下面称之为“x基”)。也就是说，这四种类型的调制(0，π/2，π，3π/2)中的任何一种被随机地赋给单个光子的每一个，然后逐一将其发送给鲍勃。
另一方面，鲍勃具有用于多个基的随机数源(随机数3)，并且使用随机数3来对从爱丽丝发送来的单个光子进行解码。当随机数3的值为“0”时，对光子执行0-相位(+基)调制。当随机数3的值为“1”时，对光子执行π/2-相位(x基)调制。这里，作为光学干涉仪的输出而获得的随机数被称为随机数4。
当爱丽丝在调制中所使用的基与鲍勃在调制中所使用的基相同时(随机数2＝随机数3)，鲍勃可以正确地检测随机数1的值(随机数1＝随机数4)。当爱丽丝在调制中所使用的基与鲍勃在调制中所使用的基不同时(随机数2≠随机数3)，鲍勃与随机数1的值无关地随机获得值“0”或“1”作为随机数4。由于随机数1、2和3的每一个都是逐个比特变化的随机数，因此出现基匹配的概率和没有出现基匹配的概率都是50％。不过，由于通过在下一阶段进行的基核对来去除那些与非匹配基相对应的比特，因此爱丽丝和鲍勃可以共享由与随机数1相对应的0和1所组成的比特串。
图2为流程图，示出了量子钥匙的一般生成流程。在从爱丽丝发出的密钥的初始随机数中，通过量子钥匙分配(单光子发送)S181损失了大量信息。在此阶段爱丽丝和鲍勃之间共享的钥被称为原钥。在基核对S182之后，所得到的已经损失约一半信息量的密钥被称为筛选钥匙。之后，执行误差校正S183，以便在量子钥匙分配阶段校正在钥匙中所产生的误差，紧接着是隐私放大S184，用于消除可能被泄漏给窃听器的信息量。然后，将其余部分制成最终钥匙，并实际上将其用作密钥。关于对可能被泄漏给窃听器的信息量进行估算的方法，诸如N.Lutkenhaus的“Estimates for pratical quantum cryptography”(实用化量子加密的估算方法)，Physical Review A，第59卷第5期，第3301页，1999年5月(下面将该文献称为Lutkenhaus)，以及M.Williamson和V.Vedral的“Eavedropping on pratical quantum cryptography”(针对实用化量子加密的窃听)，quantum-ph/0211155 v1，2002年11月24日(下面将该文献称为Williamson)等文献中都有所提及。
图3示出了通常的隐私放大的方案。首先，筛选钥匙被分割成N比特位的序列，并且将M×N随机数矩阵与每一个N比特位的序列进行矩阵乘，作为该相乘的结果，得到M比特位(N＞M)的序列作为最终钥匙。这里，M比特位和N比特位之间的关系是根据可能被泄漏到窃听器的信息量来确定的(eve)。可以通过Lutkenhaus或Williamson中所述的方法，根据筛选钥匙的误差率来计算所泄漏的信息量。例如，当所泄漏的信息量可被估算为整个信息量的40％时，则设定M/N＝1-0.4＝0.6。
然而，在量子钥匙分配系统中，实际上，只有部分所发送的比特位序列到达了接收侧。因此，即使在所发送的随机数中“0”和“1”的比例精确地各为50％，但是在所接收的比特位序列中“0”和“1”的比例也会偏离50％。因此，如果筛选钥匙是基于其中“0”和“1”的比例偏离50％的原钥而生成的，则在筛选钥匙中“0”和“1”的比例也会偏离。之后，假设特征比Rm是带有随机数中所包括的其中一个值的数字个数与随机数的总数的比。在由“0”和“1”组成的随机数的情况下，定义：特征比Rm＝(随机数的序列中“1”的个数)/(随机数的序列长度)。
在筛选钥匙的特征比Rm偏离50％的情况下，窃听器可以通过使用如下简单方法(特征比窃听策略)来获得大量信息。
窃听器在爱丽丝和鲍勃所执行的通信上进行窃听，从而计算筛选钥匙的错误比，由此得到关于筛选钥匙的特征比的信息。
当特征比为50％或更大时，窃听器允许它自己的密钥(下面将其称为伪筛选钥匙)都为“1”。当特征比小于50％时，窃听器允许其都为“0”。
根据该操作，由于筛选钥匙的特征比进一步偏离50％，因此窃听器的伪筛选钥匙与爱丽丝和鲍勃之间所共享的筛选钥匙相匹配的可能性变大了。作为例子，当筛选钥匙的特征比为60％时，在100比特位筛选钥匙中可能存在60个比特位的“1”和40个比特位的“0”。在这种情况下，由于窃听器的伪筛选钥匙中的比特位都为“1”，因此100比特位中的60比特位发生匹配，此时伪筛选钥匙与筛选钥匙的误差率为40％。已知Shannon信息S可以由以下方程式来表述：
S＝1+Elog2E+(1-E)log2(1-E)
其中E为误差率。因此，当误差率E为40％时，Shannon信息约为0.03。因此，在100比特位中，相当于3比特位的信息被泄漏到窃听器。
图4A示出了由窃听器通过特征比窃听策略所得到的信息量，其随着筛选钥匙的特征比而变化。图4B为图4A的一部分，在特征比大约为50％的附近进行放大。当特征比为50％时，即使窃听器允许伪筛选钥匙中的100比特位都为“0”或者都为“1”(或者允许“0”和“1”在钥匙中以50％比50％的比率共存)，伪筛选钥匙与筛选钥匙相匹配的概率也为50％。也就是说，误差率也为50％，而窃听器的信息量(S)为零。
另一方面，作为极端的例子，当特征比为100％(或者0％)时，筛选钥匙中所有比特位都为“1”(或者“0”)。因此，窃听器可以正确推测所有比特位，并且窃听器的信息量(S)为1。
如上所述，窃听器通过使用在Lutkenhaus和Williamson以及以下其他窃听策略中所考虑到的任一种窃听策略从而在量子钥匙分配(单光子发送)上执行窃听，所述其他窃听策略例如是A.Acin等在PhysicalReview A第69期012309(2004)上发表的“Coherent-pulseimplementations of quantum cryprography protocols resistant tophoton-number-splitting attacks”(防止光子数分裂袭击的量子加密协议的内禀脉冲实施)和N.Gisin等在Review of Modem Physics(现代物理评论)第74期第145-195页上所发表的“Quantum cryptography”(量子加密技术)中所讲述的策略等。窃听器可以通过额外将上述特征比窃听策略应用到窃听器不能获得的信息的比特位，也就是窃听器不能确定比特位信息是“0”还是“1”的比特位，以此来获得更多的比特位信息。
不过，如果上述隐私放大处理是理想的，则即使如上所述筛选钥匙的特征比偏离了50％，也可以确保最终钥匙的安全性。不过，如果要进行实际确保安全性的尝试，则爱丽丝和鲍勃必须在隐私放大处理中舍弃大量信息，这会导致密钥生成速率退化。
从图4B中可以明显看出，窃听器的信息量在特征比偏离50％的位置陡然上升。因此，在量子钥匙分配中，优选在进入隐私放大处理之前使随机数的特征比严格地为50％。已知有如下方法使随机数的特征比成为50％的方法。
(1)Von Neumann无偏置方法
已经知道，Von Neumann无偏置方法是使随机数的特征比为50％的一般方法。根据该方法，所输入的随机数被分成2比特位序列，其中“00”序列和“11”序列被舍弃，并且“01”序列和“10”序列分别由新数字“0”和“1”替代。从而，即使在处理之前随机数的特征比偏离了50％，处理之后随机数的特征比也可以变成50％。不过，根据该方法，输出量是所输入的随机数的量的1/4或更小。因此，在特定使用量子钥匙分配的方法的情况下，密钥生成速率被显著地降低了。
(2)利用四值信号特征的方法
筛选钥匙的特征比偏离50％的主要原因在于光子接收器。因此，可以通过调节光子接收器将特征比保持在50％。
确切地说，根据D.S.Bethune和W.P.Risk在IEEE Journal ofQuantum Electronics(量子电子学)第36卷第3期(2000年3月)上发表的“An Autocompensating Fiber-Optic Quantum CryptographySystem Based on Polarization Splitting of Light”(基于偏振分裂的自动补偿光纤量子加密系统)(下面将该文献称为Bethune)中的讲述，还可以采用以下方法。也就是说，通过在对根据BB84的四个量子状态进行编码的方法的基础上增加精细程度，从而也可以使密钥的特征比更加接近50％，其中所述的BB84是用于量子钥匙分配的最常用的协议之一。
图5示出了基于Bethune的描述的特征比改进方法的概要。如前面使用图1描述的，执行编码，以使得当通过使用+基来发送“0”时信号被输出到光子接收器0，当通过使用+基来发送“1”时信号被输出到光子接收器1，当通过使用×基来发送“0”时信号被输出到光子接收器1，以及当通过使用×基来发送“1”时信号被输出到光子接收器0。这里，检测四个量子状态的每一个的概率可以表示如下：
P1(通过+基检测到“0”的概率)＝S1(通过+基生成“0”的概率)*Q0
P2(通过+基检测到“1”的概率)＝S2(通过+基生成“1”的概率)*Q1
P3(通过×基检测到“0”的概率)＝S3(通过×基生成“0”的概率)*Q1；
以及
P4(通过×基检测到“1”的概率)＝S4(通过×基生成“1”的概率)*Q0，
其中Q0和Q1分别为光子接收器0和1的检测效率。这里，假设S1至S4严格地彼此相等(S1＝S2＝S3＝S4)，则
(获得“0”的概率)＝P1+P3＝S1*Q0+S3*Q1＝(Q0+Q1)*S1，且
(获得“1”的概率)＝P2+P4＝S2*Q1+S4*Q0＝(Q0+Q1)*S1。
因此，可以确认在所得到的随机数中“0”和“1”的个数相等。
不过，即使生成各个状态(S1至S4)的概率被设定得彼此相等，但是由于设备驱动条件的临时变化，它们在生成信号时实际上也不可能相等。确切地说，由于光源中的电压噪声所引起的光子数的变化、由用于驱动相位调制器的电压中的波动所引起的多个单独状态的变化等等，S1至S4不会彼此相等。如果S1至S4不相等，则所生成的随机数的特征比会偏离50％，从而新产生了对特征比进行补偿的需要。确切地说，为了通过作为测量随机数质量的随机数测试的NISTSP800-2，例如1M比特位随机数的特征比需要等于约50％±0.13％。
顺便提及，在现有常用光学通信中，光强度较高，并且在所发送信号的误差率处于1*10-3或更小的范围内的情况下执行通信。因此，所发送信号几乎一定与所接收的信号相匹配。即使所发送信号的特征比与所接收信号的不同，差别的量级也在10-3或更小。而且，首先，在现有光学通信中没有考虑到如下有害的情况，即如果所发送和所接收的信号的特征比不相同，则窃听器可获得的信息量将会增加。因此，就不会假设有窃听器和窃听行为的出现。因此，与特征比有关的问题不会显现出来。
另一方面，在其中通过使用处于单光子水平上的很弱的光来执行秘密信息的共享的系统中，如上所述，所共享的随机数的质量和安全性之间的关系是一个重要的问题。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种随机数控制电路和方法，其可以控制给定随机数的质量水平。
本发明的另一目标是提供一种随机数控制电路和方法，其可以控制通信设备之间所共享的随机数的质量，而不会降低随机数生成速率。
根据本发明的一个方面，随机数质量控制电路包括：输出部件，用于分离地输出来自随机数的多个值；计算部件，用于计算该多个值的每一个的计数比例；以及控制器，用于控制输出部件的输出特征，以使该比例更接近期望值。输出部件可以区别来自随机数的多个值，或者可以检测多个值，以输出各个值的检测信号。
根据本发明的另一个方面，在包括有通过传输线路相互连接的第一通信设备和第二通信设备的通信系统中配置了随机数质量控制系统。随机数质量控制系统包括：随机数质量监控器，用于监控随机数的质量，其中所述的随机数是根据从第一通信设备发送到第二通信设备的随机数信号而在第一和第二通信设备之间共享的随机数；以及控制器，用于根据所监控的随机数的质量来改变第二通信设备的接收器的接收特征。控制器可以控制第二通信设备的接收器的接收效率或者控制用于区别接收信号的阈值。
优选情况下，对接收器的接收特征进行控制，以使多个值的各个计数比例彼此相等。在随机数具有两个值“0”和“1”的情况下，控制接收特征，以使0和1各自的数目彼此相等，即特征比＝50％。另外，可以将上述方法与调节信号的不平衡状态的另一方法结合使用，其中所述的信号是基于所监控的随机数质量从发送器侧发送来的。
作为实施例，本发明可以应用到量子钥匙分配系统。在该实施例中，监控所生成的筛选钥匙的特征比，并且当其特征比超出期望值附近的允许范围时(例如50％)，调节接收器(鲍勃)的接收特征，以补偿这种不平衡的特征比，使筛选钥匙的特征比更接近50％。
根据本发明，控制用于输出多个值的各个特征，以使得多个值的每一个的个数比例更接近期望值。因此，可以将随机数的质量快速设定到期望水平。特别地，多个值的各个比例可以较容易均衡。例如，在其中基于由接收器接收的随机数信号来生成随机数的系统中，监控“0”和“1”的个数之间的不平衡，并且当出现偏离期望值时，控制接收器的接收特征，以对偏离进行补偿。如上所述，通过改变接收器的接收特征，可以以较高的速度获得期望质量的随机数。
确切地说，在量子钥匙分配中所共享的筛选钥匙的特征比可以保持在50％。原因是，可以通过监控所生成的筛选钥匙的特征比并且根据该监控的结果对光子检测元件的检测效率作出反馈，从而对接收到的个数之间的不平衡而引起的“0”和“1”的个数之间的偏离进行补偿。
如上所述，如果在随机数中所包括的多个值的个数比例是均衡的，则在应该保密的共享随机数(诸如密钥)中可以减少被泄露到窃听器中的信息量。这是因为在量子钥匙生成处理中将会进行隐私放大的密钥的特征比还可以保持在50％，这防止了窃听器能够估算出最终钥匙。另外，由于可以通过控制接收器的接收特征从而将特征比设定在期望值上，因此共享的信息生成速率不会下降。
附图说明
图1示出了根据BB84协议的量子钥匙分配方法的概念的示意图。
图2示出了量子钥匙的通常的生成流程的流程图。
图3描述了通常的隐私放大结构。
图4A示出了通过特征比窃听策略由窃听器所获得的信息量的曲线图，其随着筛选钥匙的特征比变化。
图4B示出了图4A的曲线的一部分，是对50％附近的特征比的放大。
图5示出了根据Bethune描述的特征比提高方法的概要。
图6示出了根据本发明模式的随机数质量控制电路的功能性结构框图。
图7A示出了应用了根据本发明第一实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。
图7B示出了第一实施例中的光学电路的操作的表格。
图8A示出了在门限的盖革模式下驱动APD的情况下，施加到APD的DC偏压和检测效率之间的关系的例子的曲线图。
图8B示出了图8A的图形的一部分，经过了放大。
图9示出了根据本发明第一实施例的DC偏压控制的流程图。
图10示出了应用了根据本发明第二实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。
图11示出了根据第二实施例的DC偏压控制的流程图。
图12A示出了应用了根据本发明第三实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。
图12B示出了第三实施例中的光学电路的操作的表格。
图13示出了根据第三实施例的DC偏压控制的流程图。
图14A示出了应用了根据本发明第四实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。
图14B示出了第四实施例中的光学电路的操作的表格。
图15A示出了门限盖革模式中的电压波形图，其中在光子到达的时点上将脉冲偏压施加到光子接收器。
图15B示出了当增加脉冲偏压的DC偏压值时与第一实施例相对应的电压波形图。
图15C示出了当脉冲偏压的脉冲振幅增加时的电压波形图。
图16示出了根据第四实施例的脉冲偏压控制的流程图。
图17示出了应用了根据本发明第五实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。
图18示出了用于描述脉冲偏压施加时序和检测效率之间的关系的电压波形图。
图19A示出了针对门限脉冲相位由APD 0和1分别进行计数的分配的例子的曲线图。
图19B示出了分配的另一个例子的曲线图。
图20示出了根据第五实施例的脉冲时序控制的流程图。
图21A示出了应用了根据本发明第六实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的框图。
图21B示出了第六实施例中的光学电路的操作的表格。
图22示出了根据第六实施例的驱动电压控制的流程图。
图23示出了应用了根据本发明实施例之一的量子钥匙分配系统的例子的框图。
图24示出了所接收信号的视觉模式和用于接收器的阈值VTH之间的关系的曲线图。
具体实施方式
根据本发明，区分了m值随机数的m个值，并且使用针对m个值的各个计数比例P1至Pm来作为随机数的质量指标。例如，其中m个值具有相同比例(P1＝P2＝...＝Pm)的随机数可以被看作是具有期望的质量。如上所述，在其中由“x”和“y”序列组成的二进制(二值)随机数的情况下，可以通过特征比Rm＝(随机数序列中“x”的个数)/(随机数序列的长度)来对其质量进行评估。之后，通过举例的方式，使用特征比Rm示出了其中x＝1并且y＝0的二进制随机数的情况。
图6示出了根据本发明模式的随机数质量控制电路的功能结构框图。根据本模式的随机数控制电路具有两个输出部件。一个输出部件为“0”输出部件1，用于检测和输出所输入的随机数的值中的一个“0”。另一个为“1”输出部件2，用于检测和输出所输入的随机数的另一个值“1”。可选情况下，还可以使用这样的结构，即，还可以通过使用0/1区别部分来取代“0”输出部件1和“1”输出部件2，从而使得在每一次输入“0”或“1”的时候都输出检测信号，其中所述0/1区别部分用于区别输入随机数中的“0”和“1”。另外在可选情况下，“0”输出部件1和“1”输出部件2的每一个都具有如下功能，即在每一次输出部件检测到“0”或“1”时，都对其相应值(0或1)进行计数。
从“0”输出部件1和“1”输出部件2依次输出的值“0”和“1”被输出到数据处理器3和随机数质量监控器4中的每一个。随机数质量监控器4将从“0”输出部件1输出的“0”和从“1”输出部件2输出的“1”存储在存储部件5中，直到这些输出的总个数达到特定个数为止。先前提到的特征比Rn是根据这样存储的“0”的个数和“1”的个数来计算的。在这种情况中，可以确定特征比Rm是否处于期望范围之内(例如，50％±δ％)。
驱动控制器6判断特征比Rm是否处于期望范围之内(例如，50％±δ％)，或者从随机数质量监控器4接收该判断结果来作为输入。如果特征比Rm超过期望范围，则驱动控制器6对分别从输出部件1和2输出的“0”和“1”的个数进行调节，以使得特征比Rm落在期望范围之内。
基于特征比Rm，驱动控制器6相互独立地控制“0”输出部件1和“1”输出部件2中的每一个。只要可以通过使用某些方法来相对地控制0/1输出特征，则任何设备都可以被用作“0”输出部件1和“1”输出部件2。通过改变输出部件偏置电压、驱动电压、阈值电压、电压施加时序等，就足以使设备改变“0”和“1”的输出个数之间的比率，下面将就其具体例子进行讲述。
如上所述，根据该模式，输出随机数的特征比Rm可以被调节到期望范围之内。因此，基于从“0”输出部件1输入的“0”序列和从“1”输出部件2输入的“1”序列，数据处理器3可以使例如在密钥生成处理中生成的密钥的特征比Rm尽可能地接近50％。在具有多个值的随机数的情况下，应当制造这样一种结构，即其中配置了每一个都与多个值相对应的多个输出部件，并且各个输出值被输出到随机数质量监控器4并且单独计数。之后，详细讲述本发明的实施例。
(第一实施例)
图7A示出了应用了根据本发明第一实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。图7B示出了第一实施例中的光学电路的操作的表格。在本实施例中，通过DC偏压来调节光子接收器的检测效率η(接收器的接收效率)，以便将筛选钥匙的特征比保持在50％。
参照图7A，在根据第一实施例的量子钥匙分配系统中，爱丽丝(发送器)11和鲍勃(接收器)13通过光纤12进行连接，并且通过将信息叠加在将被发送的光子的相位上从而共享密钥。假设光子根据鲍勃13中的光学耦合器131上的界面而进入光电检测器132(下面将其称为光电检测器0)和光电检测器133(下面将其称为光电检测器1)中的任一个。这里，光学电路使得当发送出随机数数据“0”时使用光电检测器0来检测光脉冲，以及当发送出随机数数据“1”时使用光电检测器1来检测光脉冲，而与爱丽丝侧上所使用的发送偏压无关。
鲍勃13进一步具有随机数质量监控器134，用于接收从每一个光电检测器0和1输出的检测作为输入；存储部件136，被随机数质量监控器134使用；以及DC偏压调节器135，用于改变将被施加到光电检测器0和1的每一个上的DC偏置电压。如上所述，随机数质量监控器134根据光电检测器0和1的每一个的输出来计算共享随机数的特征比Rm。DC偏压调节器135根据所计算的特征比Rm对光电检测器0和1的每一个的DC偏压进行改变。
光电检测器0和1通常为雪崩式光电二极管(APD)，并且当检测出处于单光子水平的极弱光时，以盖革模式进行驱动，其中通常施加等于或大于击穿电压的偏置电压。在盖革模式中，通过对APD施加超过击穿电压的高偏置电压从而建立非稳定平衡状态，由此甚至输入(incidence)微小的能量也可以获得较大的电流。对于盖革模式，存在两种类型的盖革模式：连续模式，其中从入射光子开始连续施加高偏置电压，直到出现脉冲电流为止；以及门限盖革模式，其中有意识地在光子入射的时点上以类似脉冲的形式施加高偏置电压。本实施例示出了其中在门限盖革模式中使用APD的情况。
图8A示出了在门限盖革模式下驱动APD的情况下，在施加到APD的DC偏压和检测效率之间关系的例子的曲线图。图8B示出了图8A的曲线中的一部分的相应放大图。通常，在光子接收中所使用的是在图8B中的放大区域。在所使用的该区域中，可以看到随着DC偏压的增加，检测效率Q也逐渐提高。
因此，如果在所生成的筛选钥匙(共享随机数)中“0”的比例较大，则减少光电检测器0的DC偏压值，从而相对降低检测效率Q0，并且/或者增加光电检测器1的DC偏压值，从而相对提高检测效率Q1。相反，如果在所生成的筛选钥匙(共享随机数)中“1”的比例较大，则增加光电检测器0的DC偏压值，从而相对增加检测效率Q0，并且/或者减少光电检测器1的DC偏压值，从而相对降低检测效率Q1。通过以这种方式来调节光电检测器0和1的DC偏压，从而使筛选钥匙中“0”或“1”的比例可以尽可能地接近期望值。
图9示出了根据本发明第一实施例的DC偏压控制的流程图。在本实施例中，作出了这样的结构，即以1M比特为单位来监控随机数序列的特征比Rm，并且根据所监控的特征比Rm来控制光电检测器0和1。DC偏压调节器135事先存储了上限特征比Rm+和下限特征比Rm-作为判断是否调节光电检测器的参考，其中所述的上限特征比Rm+和下限特征比Rm-表示了期望特征比Rm0附近的允许范围。
如前所述，如果采纳随机数测试NIST SP800-22，则在1M比特随机数的情况下，特征比Rm需要处在50％±0.13％的范围内。因此，最优的特征比Rm0、上限特征比Rm+和下限特征比Rm-分别设定为50％、50.13％和49.87％。当然，存在多种个例。用于计算特征比的单位不需要为1M比特，而可以是所存储的特定量级。用于判断是否对光电检测器执行偏压调节的特征比的允许范围不需要是50％±0.13％，而可以是大于和/或小于这些值的值。
参照图9，在量子钥匙生成处理中，对爱丽丝和鲍勃之间所共享的原钥执行基核对，随后生成筛选钥匙。每一次将1M比特的该筛选钥匙存储在存储部件136中时，随机数质量监控器134都对特征比Rm进行计算(S101)。
当随机数质量监控器134所计算出的特征比Rm大于上限特征比Rm+时，也就是当随机数序列中“1”的个数大于上限值时(S102：是)，则DC偏压调节器135提高光电检测器0的DC偏压值，以使得“0”的个数相对增加(S103)。不过，这是相对增加，并且因此在可选情况下还可以进行调节，以使得在步骤S103处降低光电检测器1的DC偏压值。
当所计算的特征比Rm等于或小于上限特征比Rm+时(S102：否)，则接下来检查特征比Rm是否小于下限特征比Rm-(S104)。当Rm＜Rm-时，也就是当随机数序列中“0”的个数相对较大时(S104：是)，DC偏压调节器135增加光电检测器1的DC偏压值，以便增加“1”的个数(S105)。另外在这种情况下，可以相对地降低光电检测器0的DC偏压值。
当特征比Rm不大于上限特征比Rm+且不小于下限特征比Rm-时(S104：否)，根据该筛选钥匙来执行最终钥匙的提取处理(上面已经讲述过的误差校正处理和隐私放大处理)(S106)。
注意在本实施例中，对于光电检测器0和1，示出了APD作为例子且用在门限盖革模式中，但是本发明并不限于该实施例。本发明可以应用到其中通过将高电压施加到光检测元件从而对极弱光进行检测的任何系统。而且，尽管为了特征比Rm而监控的对象是本实施例中的筛选钥匙，但是也可以对误差校正之后的密钥进行监控。
顺便提及，执行如图9所示的DC偏压控制的随机数质量监控器134和DC偏压调节器135还可以在由程序控制的处理器上通过执行程序来实现。
(第二实施例)
图10示出了应用了根据本发明第二实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。在第二实施例中，根据在爱丽丝中得到的筛选钥匙的特征比Rm来改变将被施加到鲍勃中的光电检测器0和1的DC偏压。在爱丽丝侧，如后所述，配置有用于生成物理随机数的随机数源。由于根据这些物理随机数可以提取筛选钥匙，因此基于筛选钥匙的特征比的DC偏压控制可以进一步提高精度。注意，使用与图7A中相同的标号表示与图7A中的等同物功能相同的框，并且省略了对其的详细讲述。
参照图10，在根据本实施例的量子钥匙分配系统中，爱丽丝21和鲍勃23通过光纤22连接，并且通过在将被发送的光子的相位上叠加信息来共享密钥。除了光学耦合器131和前面已经讲述的光电检测器0和1之外，鲍勃23还具有存储器214和DC偏压调节器215。存储器214对分别分配给从爱丽丝21到达的比特序列的比特数进行存储，以及存储所获得的随机数信息和当接收到各个比特时所使用的选择基。在量子钥匙分配中，如前所述，由于强度被降低到单光子水平的光学信号被从爱丽丝21发送到鲍勃23，因此爱丽丝21所发送的比特序列只有部分到达了鲍勃23。鲍勃23将到达的比特数、所获得的随机数信息和当接收到各个比特时所使用的选择基存储在存储器214中。鲍勃23将比特数和关于选择基的信息通知给爱丽丝21。
爱丽丝21具有用于生成物理随机数的随机数源211；存储器212；以及随机数质量监控器213。物理随机数是不具有周期性的理想的随机数序列。作为物理随机数生成器，已经知道物理随机数生成器。物理随机数是基于各种物理现象获得的随机数，并且已知的方法包括那些利用半导体内部的热噪声或者量子光学的方法。在爱丽丝21中，当从随机数源211发送出比特序列时，将应用到每个比特的调制信息(随机数信息和基)存储在存储器212中。在该信息中，由鲍勃23通知的比特数和选择基的信息被用于生成随机数序列，其中该随机数序列仅由如下所述的随机数信息组成，所述的随机数信息与能够在爱丽丝21和鲍勃23之间进行共享的比特数相对应。该随机数序列是筛选钥匙。
爱丽丝21中的随机数质量监控器213计算该筛选钥匙的特征比Rm，并且将该计算的结果或者特征比评估的结果通知给鲍勃23。如第一实施例中所述，鲍勃23中的DC偏压调节器215根据所接收的特征比Rm来调节将被施加到光电检测器0和1的DC偏压。可选情况下，类似地，可以根据特征比评估的结果来调节光电检测器0和1的DC偏压。
在本实施例中，鲍勃23中的光电检测器是基于在爱丽丝21中所获得的筛选钥匙的特征比Rm来进行调节的。与根据在鲍勃23中获得的筛选钥匙的特征比Rm而执行的调节相比，本实施例的调节方法的不同之处如下。
爱丽丝21中具有的随机数源211生成物理随机数。因此，爱丽丝侧上的筛选钥匙是对物理随机数(物理随机数)序列的一部分进行随机提取的结果。另一方面，在鲍勃23中获得的筛选钥匙是将比特误差添加到爱丽丝的筛选钥匙中的结果，其中沿着传输线路22和在光电检测器0和1中已经出现了比特误差。
采用上述随机数测试作为检查随机数质量的工具的特定例子，物理随机数通过了在该随机数测试中所包括的所有测试项目。因此，理论上讲，从物理随机数序列中随机提取的爱丽丝的筛选钥匙应该通过该随机数测试中的所有测试项目。如果爱丽丝的筛选钥匙没有通过随机数测试，则可以认为存在检测效率的不平衡(检测“0”更容易或者检测“1”更容易的这种不平衡)。因此，在本实施例中，根据在爱丽丝21中计算出的特征比Rm，调节鲍勃23中的光电检测器0和1，从而使爱丽丝21获得的筛选钥匙通过随机数测试。另一方面，由于鲍勃的筛选钥匙有误差倾向(诸如“0”更容易转变成误差“1”，或者“1”更容易转变成误差“0”)，因此鲍勃的筛选钥匙并不总是会通过随机数测试。因此，与使用鲍勃的筛选钥匙的情况相比，如本实施例中所述的，基于根据爱丽丝的筛选钥匙计算出的特征比Rm来执行DC偏压调节可以实现更高精度的控制。
图11示出了根据第二实施例的DC偏压控制的流程图。每次将1M比特的筛选钥匙存储在存储部件(S201)中时，随机数质量监控器213都对特征比Rm进行计算。随机数质量监控器213判断计算出的特征比Rm是否大于上限特征比Rm+(S202)。
当计算出的特征比Rm大于上限特征比Rm+时.(S202：是)，爱丽丝21将该结果通知给鲍勃23。鲍勃23中的DC偏压调节器215提高光电检测器0的DC偏压，以便相对地减少随机数序列中的“1”的个数，也就是相对地增加“0”的个数(S203)。可选情况下，可以降低光电检测器1的DC偏压值，以便相对地减少“1”的个数。
当计算出的特征比Rm不大于上限特征比Rm+时(S102：否)，随机数质量监控器213接下来检查特征比Rm是否小于下限特征比Rm-(S204)。当Rm＜Rm-时(S204：是)，爱丽丝将该结果通知给鲍勃23。鲍勃23中的DC偏压调节器215降低光电检测器0的DC偏压值，以便相对地减少随机数序列中“0”的个数(S205)。可选情况下，可以提高光电检测器1的DC偏压值。
当特征比Rm不大于上限特征比Rm+且不小于下限特征比Rm-时(S204：否)，根据该筛选钥匙来执行最终钥匙的提取处理(上面已经讲述过的误差校正处理和隐私放大处理)(S206，S207)。
注意在本实施例中，对于光电检测器0和1，示出了APD作为例子且在门限盖革模式中使用，但是本发明并不限于该实施例。本发明可以应用到其中通过将高电压施加到光检测元件来检测极弱光的任何系统。而且，尽管为了特征比Rm而监控的对象是本实施例中的筛选钥匙，但是也可以监控误差校正之后的密钥。进而，用于计算特征比的单位并不需要是1M比特，而可以是所存储的特定量级。上限特征比Rm+和下限特征比Rm-的值可以根据目的来确定，并且不需要是50％±0.13％，而可以是大于和/或小于这些值。
顺便提及，执行如图11所示的DC偏压控制的随机数质量监控器311和DC偏压调节器135还可以在由程序控制的处理器上通过执行程序来实现。
(第三实施例)
图12A示出了应用了根据本发明第三实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。图12B示出了第三实施例中的光学电路的操作表。注意与图7A中的等同物功能相同的框使用了与图7A中的标号相同的标号表示，并且省略了对其的详细讲述。
在本实施例中，结合基于参照图5所讲述的Bethune的特征比改善方法来执行调节。如参照图5所述的，在筛选钥匙中获得“0”和“1”的概率如下：
(获得“0”的概率)＝P1+P3＝S1*Q0+83*Q1
(获得“1”的概率)＝P2+P4＝S2*Q1+S4*Q4
如上已经讲述的，在本实施例的系统中，执行编码，以便当使用+基来发送“0”时将信号输出到光电检测器0；当使用+基来发送“1”时将信号输出到光电检测器1；当使用x基来发送“0”时将信号输出到光电检测器1；并且当使用x基来发送“1”时将信号输出到光电检测器0。上述P1至P4是分别检测到四个量子状态的概率。S1是通过+基生成“0”的概率；S2是通过+基生成“1”的概率；S3是通过x基生成“0”的概率；S4是通过x基生成“1”的概率。Q0和Q1分别为光电检测器0和1的检测效率。与现有情况不同，本实施例假定由于设备驱动条件等的暂时波动而使得概率S1至S4实际上互不相等。
作为例子，假设在对光电检测器进行调节之前，特征比Rm小于期望的特征比Rm0(＝50％)，也就是说，“0”的个数大于“1”的个数。因此，
(S1*Q0+S3*Q1)＞(S2*Q1+S4*Q0)
根据本实施例，检测效率Q0的调节方向是根据S 1和S4中的哪一个大于另一个来确定的，并且检测效率Q1的调节方向是根据S2和S3中的哪一个大于另一个来确定的。
当S1＞S4时，降低检测效率Q0将使得特征比更接近50％。这可以通过以下讲述证明。当检测效率Q0变成Q0-Δq(Δq＞0)时，结果如下：
(经过检测效率调节之后“0”的个数)-(经过检测效率调节之后“1”的个数)
＝[S1*(Q0-Δq)+S3*Q1]-[S2*Q1+S4*(Q0-Δq)]
＝[(S1*Q0+S3*Q1)-S1*Δq]-[(S2*Q1+S4*Q0)-S4*Δq]
＝[(S1*Q0+S3*Q1)-(S2*Q1+S4*Q0)]-(S1-S4)*Δq
＜[(S1*Q0+S3*Q1)-(S2*Q1+S4*Q0)]
＝(经过检测效率调节之后“0”的个数)-(经过检测效率调节之后“1”的个数)也就是说，通过调节检测效率来减少“0”和“1”的个数之间的差的事实意味着特征比更为接近50％。相反，当S1＜S4时，通过增加检测效率Q0可以使特征比Rm更为接近50％。
类似地，当S2＞S3时，通过增加检测效率Q1可以使特征比Rm更为接近50％。当S2＜S3时，通过降低检测效率Q1可以使特征比Rm更为接近50％。
在光电检测器调节之前的特征比大于50％的情况下，应当使上述检测效率调节的所有方向都可以反向。
图13示出了根据第三实施例的DC偏压控制的流程图。首先，事先测量S1、S2、S3和S4，以对它们的幅度进行比较。另外，如上所述，上限特征比Rm+和下限特征比Rm-的值也可以事先确定。
每次将1M比特的筛选钥匙存储在存储部件(S301)中时，随机数质量监控器311计算特征比Rm，并且判断计算出的特征比Rm是否大于上限特征比Rm+(S302)。
当计算出的特征比Rm大于上限特征比Rm+时(S302：是)，对S1和S4进行幅度比较(S303)。当S1＞S4时(S303：是)，增加光电检测器0的DC偏压(S304)。当S1≤S4时(S303：否)，减少光电检测器0的DC偏压(S305)。
当计算出的特征比Rm不大于上限特征比Rm+时(S302：否)且小于下限特征比Rm-(S306：是)时，对S2和S3进行幅度比较(S307)。当S2＞S3时(S307：是)，增加光电检测器1的DC偏压。当S2≤S3时(S307：否)，减少光电检测器1的DC偏压(S309)。
当计算出的特征比Rm不大于上限特征比Rm+并且不小于下限特征比Rm-时(S306：否)，根据所考虑的筛选钥匙来执行最终钥匙提取处理(上面已经讲述过的误差校正处理和隐私放大处理)(S310)。
顺便提及，应当可以相对地增加或减少“0”或“1”的比例。因此，可以在用于光电检测器0的控制步骤S303至S305中以及用于光电检测器1的控制步骤S307至S309中进行替换。
1)用比较S2和S3的步骤S307取代步骤S303。执行减少光电检测器1的DC偏压的控制以取代步骤S304，并且执行增加光电检测器1的DC偏压的控制以取代步骤S305。
2)用比较S1和S4的步骤S303取代步骤S307。执行减少光电检测器1的DC偏压的控制以取代步骤S304；执行减少光电检测器0的DC偏压的控制以取代步骤S308；并且执行增加光电检测器0的DC偏压的控制以取代步骤S309。
注意在本实施例中，对于光电检测器0和1，示出了APD作为例子且用在门限盖革模式中，但是本发明并不限于该实施例。本发明可以应用到其中通过将高电压施加到光接收元件从而对极弱光进行检测的任何系统。而且，尽管为了特征比Rm而监控的对象是本实施例中的筛选钥匙，但是也可以对误差校正之后的密钥进行监控。进而，用于计算特征比的单位并不需要是1M比特，而可以是所存储的某个量级。上限特征比Rm+和下限特征比Rm-的值可以根据目的来进行确定，并不需要是50％±0.13％，而可以是大于和/或小于这些值。
顺便提及，执行如图13所示的DC偏压控制的随机数质量监控器311和DC偏压调节器135还可以通过在由程序控制的处理器上执行程序来实施。
(第四实施例)
图14A示出了应用了根据本发明第四实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。图14B示出了第四实施例中的光学电路的操作表。在本实施例中，与第一实施例一样，在鲍勃43中监控筛选钥匙的特征比Rm，并且根据监控结果来调节光电检测器0和1。不过，与第一实施例不同，在第四实施例中不对DC偏压进行调节，但是通过使用脉冲振幅调节器411来对将被施加到光电检测器0和1的门限脉冲的脉冲振幅进行调节。其他结构和功能与如图7A所示的第一实施例的相同。因此，与图7A中的等同物功能相同的框使用了与图7A中的标号相同的标号进行表示，并且省略了对其的详细讲述。
图15A示出了门限盖革模式中的电压波形图，其中在光子到达的时点上将脉冲偏压施加到光子接收器。与第一实施例相对应地，图15B示出了当增加脉冲偏压的DC偏压值时的电压波形图。图15C示出了当增加脉冲偏压的脉冲振幅时的电压波形图。
通常，在通过将门限电压施加到APD来使用雪崩式光电二极管(APD)作为光电检测器的情况下，存在以下两种通过调节脉冲偏压信号而提高检测效率的方法：在第一实施例中已经讲述过的、增加如图15B所示的DC偏压的第一方法；以及在本实施例中所使用的、用于调节如图15C所示的脉冲的振幅的第二方法。
图16示出了根据第四实施例的脉冲偏压控制的流程图。不过，与图9中的第一实施例相同的步骤使用与图9中的相同标号来表示，并且省略了对其的讲述。
参照图16，当随机数质量监控器134计算出的特征比Rm大于上限特征比Rm+时，也就是当随机数序列中“1”的个数大于上限值时(S102：是)，则脉冲振幅调节器411提高将被施加到光电检测器0的门限脉冲的电压，以使得“0”的个数相对增加(S401)。不过，这是相对地增加，并且因此还可以在步骤S401处进行调节，以降低施加到光电检测器1的门限脉冲的电压。
当所计算的特征比Rm不大于上限特征比Rm+(S102：否)且小于下限特征比Rm-(S104：是)时，则由于随机数序列中“0”的个数相对较大，因此提高了施加到光电检测器1的门限脉冲的电压，以便增加“1”的个数(S402)。注意在步骤S402中，可以降低施加到光电检测器0的门限脉冲的电压。
注意尽管用于监控特征比Rm的对象是本实施例中的筛选钥匙，但是也可以监控误差校正之后的密钥。进而，用于计算特征比的单位不需要是1M比特，而可以是所存储的某个量级。上限特征比Rm+和下限特征比Rm-的值可以根据目的来确定，并且不需要是50％±0.13％，而可以是大于和/或小于这些值。进而，本实施例可以被应用到如图13所示的第三实施例中所述的控制流程中(步骤S303至S305以及S307至S309)。
顺便提及，执行如图16所示的脉冲偏压控制的随机数质量监控器134和脉冲振幅调节器411还可以在由程序控制的处理器上通过执行程序来实现。
(第五实施例)
在本发明的第五实施例中，不调节DC偏压和脉冲振幅，但是利用了检测效率随着被施加到光电检测器的门限脉冲的脉冲时序变化的这一现象。在第五实施例中，作为例子，随机数质量控制电路是通过使用平衡门限模式的光电检测器来构造的，所述的光电检测器在A.Tomita和K.Nakamura在Optics Letters第27卷(2002)第1827-1829页上发表的“Balanced，gated-mode photon detector for quantum-bitdiscrimination at 1550nm”(用于在1550nm时进行量子比特区分的平衡门限模式光电检测器)中所描述的。
图17示出了应用了根据本发明第五实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的示意性结构框图。本实施例中的光电检测器132(下面将其称为APD0)和光电检测器133(下面将其称为APD1)是通过脉冲偏压供应501以门限盖革模式进行驱动的。当光脉冲进入时，它们在光学耦合器131上发生干涉，并且例如根据在爱丽丝和鲍勃中执行的相位调制之差，将该干涉的结果输出到端口0或端口1。经过干涉之后的光子脉冲的每一个在APD0或APD1上进行光-电转换，并且在混合连接502处获得各APD的输出信号之间的差。该差分操作抵消了由驱动APD0和APD1的盖革模式所引起的尖峰信号，这使得光电检测器的信噪比(SNR)得到改善。
由于混合连接502的输出的正/负是根据干涉之后的光脉冲是由APD0还是APD1进行检测的而发生变化，因此辨别器503可以辨别“0”和“1”。辨别器503将“0”和“1”之间的辨别结果输出到随机数质量监控器504。如上所述的，当具有预定长度的随机数序列已经被存储在存储部件505中时，随机数质量监控器504根据哪一个时序调节器506对从脉冲偏压供应501输出的脉冲电压的相位进行了调节从而计算该序列的特征比Rm。
图18(a)至18(c)示出了用于描述脉冲偏压施加时序和检测效率之间关系的电压波形图。通常，如图18(a)所示，当在将门限脉冲施加到APD之后光子立即进入时，在APD内部最易发生雪崩倍增，随之检测效率上升。当光子入射时序迟于所施加的脉冲的上升沿时，如图18(b)和18(c)所示，雪崩倍增被减少了，随之检测效率下降。
存在许多原因会导致光子入射时序偏离了施加到光电检测器的脉冲时序。
例如，参照图17，如果从光学耦合器131到APD0的端口0的距离L0与从光学耦合器131到APD1的端口1的距离L1不同，则干涉之后的光子脉冲在不同的时点上到达各个APD。确切地说，除非光学耦合器131的端口长度完全相同，否则距离L0和L1不同。而且，另外在如下情况下，门限脉冲会在不同的时点上到达各个APD，所述的情况是其中从脉冲偏压供应501的其中一个输出终端到APD0的线路长度L2与从脉冲偏压供应501的另一个输出终端到APD1的线路长度L3不同。
如上所述，经过端口0和1的光子脉冲分别到达APD0和1时的时点互不相同，并且由相同脉冲偏压供应501生成的门限脉冲分别到达APD0和1的时点也互不相同。因此，如果逐渐改变由脉冲偏压供应501生成的门限脉冲的相位，则由APD0计数的光子个数的分配应该与由APD1计数的光子个数的分配不相匹配。
图19A示出了由APD0和1的每一个针对门限脉冲相位进行计数的分配的例子的曲线图。图19B示出了分配的另一个例子的曲线图。图19A和19B的每一个中的分配之间的差是由APD0和APD1的检测效率之差、沿着各个路径发生的损耗之差等引起的。在任何情况下，通过改变门限脉冲的相位，APD0的计数和APD1的计数的每一个都如图19A和19B所示改变。因此，可以通过使用时序调节器506来改变门限脉冲的相位，从而调节APD0和APD1的光子计数(相当于检测效率)，而无需如上述第一至第四实施例中所述的调节DC偏压值或者门限脉冲的脉冲振幅。这可以被用于特征比调节。
图20示出了根据第五实施例的脉冲时序控制的流程图。注意使用相同的标号来表示与图9所示的第一实施例中相同的步骤，并且省略了对其的讲述。如上所述，筛选钥匙的特征比可以通过控制门限脉冲的相位来进行调节，以便提前或者延迟。不过，还不能知道相位是提前还是延迟会增加(或者减小)特征比。
因此，如前所述，每次存储了1M比特的筛选钥匙时，判断所计算的特征比Rm是否超出了由上限特征比Rm+和下限特征比Rm-限定的期望范围(S501)。当特征比Rm处于期望范围之内时(S501：否)，根据该筛选钥匙本身来执行最终钥匙的提取处理(上面已经讲述过的误差校正处理和隐私放大处理)(S106)。
当特征比Rm超出了期望范围时(S501：是)，时序调节器506使门限脉冲的相位超前Δt(S502)。在相位调节之后，再次计算1M比特的筛选钥匙的特征比，并且判断与相位调节之前的结果相比是否得到了改善(S503)。如果调节之后的特征比Rm得到了改善(更接近期望特征比Rm0)(S503：是)，则处理返回到步骤S101，并且继续进行生成量子钥匙。
如果与相位调节之前的结果相比相位调节之后的筛选钥匙的特征比Rm退化了(进一步偏离了期望特征比Rm0)，则使门限脉冲的时序延迟ΔT(S504)，其中ΔT大于Δt，并且处理返回到步骤S101，并且继续生成量子钥匙。注意，还可以执行以下控制：在步骤S502中，门限脉冲的时序被延迟Δt而非提前，并且在步骤S504中，门限脉冲的时序被提前ΔT而非延迟。
这样，当特征比超过期望范围时，变动施加门限脉冲的时序，由此，如上所述，检测效率可以得到改变，并且筛选钥匙的特征比可以得到改进。
注意，尽管用于监控特征比Rm的对象是本实施例中的筛选钥匙，但是也可以监控误差校正之后的密钥。进而，用于计算特征比Rm的单位不需要是1M比特，而可以是所存储的某个量级。上限特征比Rm+和下限特征比Rm-的值可以根据目的来确定，并不需要是50％+0.13％，而可以是大于和/或小于这些值。
顺便提及，执行如图20所示的门限时序控制的随机数质量监控器504和时序调节器506还可以在由程序控制的处理器上通过执行程序来实现。
(第六实施例)
在本发明的第六实施例中，随机数的质量是通过调节传输信号光的状态来进行调节的。在上述第一至第五实施例的每一个中，这种结构通过调节驱动光电检测器的条件，从而使得对在量子钥匙分配过程中共享的筛选钥匙的特征比进行补偿，进而达到期望值Rm0(例如50％)。不过，如第三实施例中所述的，如果在传输信号光的状态中存在不平衡，则不能减少泄漏到窃听器的信息量。通过对爱丽丝和鲍勃借助其估算共享钥匙的误差率的比较通信进行拦截，窃听器可以评估每个基的密钥中“0”和“1”的趋势：例如“在+基情况下存在更多的0”和“在x基情况下存在更多的1”。结果，与其中在传输信号光的状态中存在不平衡的情况相比，在这种情况下窃听器可以得到的信息量增加了。
图21A示出了应用了根据本发明第六实施例的随机数质量控制电路的量子钥匙分配系统的框图。在第六实施例中，与上述的每一个实施例一样，通过在将被发送的光子的相位上叠加信息来共享密钥。爱丽丝61包括光源601和相位调制器602，并且可以通过允许相位调制器602对来自光源601的光进行相位调制从而在光子的相位上叠加信息。确切地说，相位调制器602根据来自相位调制器驱动部件603的驱动电压来改变输出光的相对相位。根据使用了光子相位的BB84协议，由于光子相位被设定为用于传输的0、π/2、π和3π/2中的任一个，因此用于驱动相位调制器602的电压也可以采用相应的四个值(假设分别为V0、V1、V2和V3)中的任一个。相位调制器驱动部件603通过使用从随机数源604提供的随机数来生成四个驱动电压中的一个，并且将其提供给相位调制器602。
这样进行相位调制的光脉冲信号被作为单光子水平的极弱光发送到鲍勃63。与第一实施例中的类似，鲍勃63包括光电检测器0和1；以及随机数质量监控器134，其具有用于存储具有预定长度的随机数序列的存储部件136。如果被施加到爱丽丝61中的相位调制器602的四个驱动电压偏离了各个目标值，则当在鲍勃63中接收到每个相应信号时进行的计数减小了，这导致在共享钥匙中出现不平衡。因此，根据本实施例，每一种基的共享随机数数据的特征比被反馈到爱丽丝61，并且在相位调制器驱动部件603处调节四值的驱动电压。
图22示出了根据第六实施例的驱动电压控制的流程图。假设在共享的原钥中，N0是通过+基生成的“0”的个数，N1是通过+基生成的“1”的个数，N2是通过x基生成的“0”的个数，N3是通过x基生成的“1”的个数。而且，假设传输信号光的状态和光电检测器0和1之间的关系与第一实施例中的相类似。确切地说，N0和N2为光电检测器的一个(这里为光电检测器0)的输出计数，并且N1和N3为另一个(这里为光电检测器1)的输出计数。当在N0和N2之间存在显著差别时，其表示在传输信号光的状态中存在不平衡(这也适用于N1和N3)。
参照图22，鲍勃63中的随机数质量监控器134通过使用光电检测器0或1来检测来自爱丽丝61的光学信号，并且由此存储1M比特的原钥，根据该原钥，随机数质量监控器134对与基和随机数信息的组合相对应的N0、N1、N2和N3进行计算(S601)。
随后，计算N0和N2之差，并且判断该差别是否超过了指定值Nth(S602)。这里，由于理想情况为N0、N1、N2和N3的平均值为1M比特/4，因此每个值的标准差约为500(＝(1,000,000/4)1/2)。在本实施例中，为了简化，设定Nth＝1000。
当|N0-N2|＞Nth时(S602：是)，鲍勃63通知爱丽丝61 N0和N2中哪一个更小。如果N0＞N2(S603：是)，则爱丽丝61中的相位调制器驱动部件603调节与N2相对应的驱动电压V2(S604)，并且处理返回到步骤S601。然而，在驱动电压调节中，不能确切地确定增大/减小的方向。因此，通过图20中的步骤S502至S504处示出的方法来尝试两个方向(增大和减小)，并且采纳其中改善了特征比的方向。如果N0≤N2(S603：否)，则类似地调节与N0相对应的驱动电压V0(S605)。
当|N0-N2|≤Nth时(S602：否)，计算N1和N3之差，并且判断该差是否超过了指定值Nth(S606)。当|N1-N3|＞Nth时(S606：是)，鲍勃63通知爱丽丝61 N1和N3中哪一个更小。如果N1＞N3(S607：是)，则爱丽丝61中的相位调制器驱动部件603调节与N3相对应的驱动电压V3(S608)，并且处理返回到步骤S601。这里，另外由于不能确切地确定驱动电压调节的增大/减小方向，因此通过图20的步骤S502至S504处示出的方法来尝试两个方向(增大和减小)，并且采纳其中改善了特征比的方向。如果N1≤N3(S607：否)，则类似地调节与N1相对应的驱动电压V1。
根据本实施例，鲍勃(接收器)对每个信号状态的检测个数进行计数，并且判断出现不平衡，但是爱丽丝(发送器)也可以负责类似的判断步骤。虽然假定传输信号光的状态和光电检测器之间的关系与第一实施例中的相同，但是本实施例还可以应用如第三实施例中所述的关系。而且，对于传输信号光的状态中的不平衡指数，虽然使用了由相同光电检测器检测的两个状态的个数之差，但是可以根据四个状态的每一个的计数与可能的理论值的偏离来确定不平衡的出现，而与检测器无关。进而，如果诸如“1M比特”和“Nth＝1000”等在本实施例中所使用的指定值为其他值，则也不会存在问题，并且这种情况也应该被包括在本发明中。
进而，本实施例可以与多个控制的任一个(第一至第五实施例)进行组合，其中在鲍勃侧上控制光电检测器0和1。由此，在接收侧鲍勃上可以调节光电检测器，并且进而在发送侧爱丽丝上可以调节光子调制器。
顺便提及，执行如图22所示的驱动电压控制的随机数质量监控器134和相位调制器驱动部件603还可以在由程序控制的处理器上通过执行程序来实现。
(第六实施例)
图23示出了应用了根据本发明实施例其中之一的量子钥匙分配系统的例子的框图。这里，插件和演示量子钥匙分配系统的结构是作为例子显示的。在量子钥匙分配系统中，发送器(爱丽丝)71和接收器(鲍勃)73通过光纤传输线路72连接。在本实施例中，使用波分多路复用传输，并且通过使用不同的波长来执行量子单元之间的通信、参考时钟信号的交换和数据通信。
发送器71中的量子单元具有可变光学衰减器7103以及包括有相位调制器7101和偏振光束分裂器(PBS)7102的PBS环路。根据从相位控制器7104提供的相位控制信号，相位调制器7101在通过的光脉冲序列上执行相位调制。存在四种深度(0、π/2、π、3π/2)的相位调制，其分别与表示基(+/x)的随机数和表示钥匙的初始数据的随机数(0/1)的四种组合相对应。相位控制信号是分别与相位调制深度相对应的驱动电压V1、V2、V3和V4的任一个。在光脉冲经过相位调制器7101时的时点处将相位控制信号施加到相位调制器7101，由此对光脉冲进行相位调制。根据从光学接收器7105接收到的同步时钟信号，相位控制器7104将相位控制信号施加到相位调制器7101，并且通过控制器7107来控制所施加的时序和所施加的电压。
PBS环路具有与法拉第镜相类似的功能。从接收侧进入PBS 7102的光被输出，其偏振状态被旋转了90度。来自接收器73的量子单元中的光信号穿过可变光学衰减器7103，由上述PBS环路返回，并且随后在穿过可变光学衰减器7103之后，被发送到接收器73。可变光学衰减器7103在用于量子单元同步的培训模式时被设定为少量衰减，而在用于钥匙生成的量子模式时被设定为大量衰减，由此完成单光子发送。
另外，发送器71具有两个随机数生成器(未示出)，一个生成用于密钥的初始数据(0/1)，而另一个生成基信息(+/x)。控制器7107依次将这些生成的随机数存储在存储器7109中。通过使用存储器7109中的地址对分配给这些存储的随机数的比特数进行管理。
当启动钥匙生成流程时，控制器7107增加可变光学衰减器7103处的衰减量，依次从存储器7109读取一组初始数据和基，并且将它们逐个输出到相位控制器7104。相位控制器7104根据同步时钟信号将与每一组初始数据和基相对应的相位控制信号输出到相位调制器7101，由此在穿过相位调制器7101的光脉冲上执行具有四种深度的任一个的调制。
对于提供给相位控制器7104的同步时钟信号，使用了通过光纤传输线路72从接收器73接收的参考时钟信号。参考时钟信号通过光学接收器7105被转换成电信号，并且被输出到相位控制器7104。同时，还将参考时钟信号输出到光学发送器7106，并且将其作为参考时钟信号返回到接收器73。另外，控制器7107经由光学收发机7108与接收器73中的控制器7211交换钥匙生成、同步处理、校准处理等所需的数据和控制信号。
根据本实施例的接收器73中的量子单元具有光学循环器7203、光学耦合器7204、相位调制器7205、PBS 7206和光电检测器APD 0和APD 1。在光学耦合器7204和PBS 7206之间平行地配置了较长的路径和较短的路径。相位调制器7205被置于较长的路径中，并且通过来自相位控制器7210的相位控制信号对相位调制的深度(基)和驱动时序进行控制。
光电检测器APD 0和APD 1是雪崩式光电二极管，并且在相位控制器7210和控制器7211的控制下，通过驱动控制器7216在门限盖革模式中进行驱动。
接收器73具有参考时钟源7201。根据参考时钟源7201生成的参考时钟信号来驱动激光源7202。同时，经由光学发送器7208将该时钟信号输出到发送器71。在发送器71中，使用该参考时钟信号来确定同步时序，并且将参考时钟信号按照原样返回到接收器73。从发送器71返回的参考时钟信号是由光学接收器7209接收的，并且将其提供给相位控制器7210作为接收器73中的同步时钟信号。相位控制器7210在控制器7211的控制下，根据所提供的参考时钟对相位调制的深度和相位调制器7205的电压施加时序进行控制，并且对将反向偏置电压施加到光电检测器APD 0和APD 1的时序进行控制，以检测光子。
而且，接收器73具有随机数生成器(未示出)，并且控制器7211允许随机数生成器生成基信息(+/x)并且随后将其存储在存储器7214中。当钥匙生成流程开始时，控制器7211依次从存储器7214中读取基信息并且将其输出到相位控制器7210。相位控制器7210根据参考时钟信号将相位控制信号施加到相位调制器7205，其中所述的相位控制信号是与所接收的基相对应的电压。由此，在光脉冲通过相位调制器7205的时点处，可以在从发送器71发出的光脉冲上执行与基相对应的调制。
如前已经讲述的，由发送器71中的相位调制器7101调制的光脉冲和由接收器73中的相位调制器7205调制的光脉冲在光学耦合器7204处相互干涉，并且，根据发送器71给出的和接收器73给出的相位调制深度之间的差，利用光电检测器APD 0或APD 1对光子进行检测。光电检测器APD 0和APD 1所获得的检测信号作为原钥被依次写入存储器7213中。注意，被分配给写入到存储器7213中的原钥比特的比特数和被分配给随机数作为存储器7214中存储的基信息的比特数是通过使用各个存储器中的地址来管理的。顺便提及，存储器7213和7214在单个存储器中可以是不同的区域。
随后，将分配给存储在存储器7213中的原钥的比特数和存储在存储器7214中的基信息的相应片段通知给控制器7107。通过上述的基核对，与非匹配基相对应的随机数比特被舍弃，并且结果，筛选钥匙被存储在发送器71中的每个存储器7109中和接收器73中的存储器7213中。
接收器73中的监控器7212起到根据本发明的随机数质量监控器的作用，并且利用存储在存储器7213中的特定长度来计算诸如原钥或筛选钥匙等的随机数数据的特征比。控制器7211、相位控制器7210和驱动控制器7216被配置为使得基于所计算的特征比来执行根据第一或第三实施例的DC偏压控制、根据第四实施例的脉冲振幅控制和根据第五实施例的门限时序控制中的任一个。
另外，可以应用第二实施例。在发送器71配置有用于生成真正随机数的随机数生成器的情况下，发送器71中的控制器7107对存储在存储器7109中的筛选钥匙的特征比进行评估。如果特征比超过期望范围，则将该评估的结果经由光学收发机7108通知给接收器73。在接收器73中，根据经由光学收发机7215接收的评估结果，控制器7211控制驱动控制器7216或相位控制器7210，从而可以执行对APD等的DC偏压控制。
而且，在实施第六实施例的情况下，接收器73中的监控器7212根据存储在存储器7213中的原钥来计算每一个状态(N0、N1、N2和N3)的检测个数，并且控制器7211经由收发机7108通知发送器71关于传输信号光的状态中的不平衡信息。基于经由收发机7108接收的传输信号光的状态中的不平衡信息，发送器71中的控制器7107对相位控制器7104进行控制，以便在消除不平衡的方向上对施加到相位调制器7101的驱动电压V0、V1、V2和V3的任一个进行调节。
注意，虽然在本实施例中示出了两维量子钥匙分配系统作为例子的，但是本发明也可以类似地应用于一维量子钥匙分配系统。
(第八实施例)
在上述第一至第七实施例中，由APD所表示的光电检测器被用作光电检测器0和1。然而，只要与本发明中所述的一样可对电子接收器的输出特征进行调节，则也可以使用电子接收器0和1。例如，可以通过改变用于区分电信号的阈值从而对0/1输出特征进行调节，其中所述的电信号是通过传输链接到达的。
图24示出了接收信号的视觉模式和接收器的阈值VTH之间的关系曲线图。假设D1为“1”的分配并且D2为“0”的分配，则根据阈值VTH来区分接收信号的结果并不总是正确的，但是如图24所示的频率分配，在其中分配D1和D2相交的部分处，很有可能将“0”和“1”的每一个错误地判断为其他值。因此，每次存储了一定量的区分结果时，就计算上述特征比，并且根据该特征比来调节阈值VTH，由此可以生成具有期望特征比的随机数。
通常，本发明可以应用于生成随机数，并且特别适用于加密非常重要的密钥的质量控制。例如，本发明适用于量子钥匙分配中所生成的密钥的质量控制，需要在量子物理学上确保其安全性。本发明还可以用于由量子钥匙分配技术所代表的、通过检测单光子水平的极弱光从而生成随机数的技术。而且，量子钥匙分配协议并不限于BB84，而本发明适用于分配密钥的技术(诸如E91、B92)和将信息编码成差分相移的方法中的任一个，其中分配密钥的技术是通过在光子的量子状态上叠加信息而实现的。

Claims (46)

1.一种电路，用于对具有多个值的随机数的质量进行控制，其包括：
输出部件，用于分离地输出来自随机数的多个值；
计算部件，用于计算多个值中的每一个的计数比例；以及
控制器，用于控制输出部件的输出特征，以使该比例更接近期望值。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述输出部件包括判别器，可以区分来自随机数的多个值。
3.如权利要求1或2所述的电路，其中所述输出部件检测多个值，以将各个值的检测信号输出到所述计算部件。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述控制器控制输出部件，以使得多个值的各个比例彼此相等。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述输出部件包括多个接收器，其每一个都与多个值相对应，其中每个接收器接收用于传送随机数的信号，以将多个值中的相应一个输出到所述计算部件。
6.一种系统，用于控制通信系统中的具有多个值的随机数的质量，该通信系统包括通过传输线路相互连接的第一通信设备和第二通信设备，该系统包括：
随机数质量监控器，用于监控随机数的质量，其中所述的随机数是根据从所述第一通信设备发送到所述第二通信设备的随机数信号而在所述第一和第二通信设备之间共享的；以及
控制器，用于根据所监控的随机数的质量来改变所述第二通信设备的接收器的接收特征。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述随机数质量监控器对多个值的每一个的计数比例进行监控。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述控制器对所述接收器的接收特征进行控制，以减少该比例与期望值之差。
9.如权利要求8所述的系统，其中确定所述期望值，以使得多个值的各个比例彼此相等。
10.如权利要求6至9中的任意一项所述的系统，其中所述控制器对所述接收器的接收效率进行控制。
11.如权利要求6至9中的任意一项所述的系统，其中所述控制器对阈值进行控制，所述阈值被用于对接收器所接收的信号进行区分。
12.如权利要求6所述的系统，其中所述随机数质量监控器配置在所述第一和第二通信设备的至少一个中。
13.如权利要求6所述的系统，其中随机数质量监控器和控制器都配置第二通信设备中。
14.如权利要求6所述的系统，其中所述随机数质量监控器配置在所述第一通信设备中并且所述控制器配置在所述第二通信设备中。
15.如权利要求6所述的系统，其中所述第一通信设备包括：
调制器，用于根据所给的随机数来调制载波信号，从而生成所述随机数信号；以及
第二控制器，用于根据所监控的质量来改变所述调制器的调制特征。
16.一种接收器，用于通过传输线路接收随机数信号，以将随机数存储在存储器中，其包括：
接收部件，用于接收随机数信号；
随机数质量监控器，用于对从接收到的随机数信号获得的随机数的质量进行监控；以及
控制器，用于根据所监控的随机数的质量来改变接收部件的接收特征。
17.如权利要求16所述的接收器，其中所述随机数质量监控器对多个值的每一个的计数比例进行监控。
18.如权利要求17所述的接收器，其中所述控制器对接收部件的接收特征进行控制，以减少该比例与期望值之间的差。
19.如权利要求18所述的接收器，其中确定所述期望值，以使得多个值的各个比例彼此相等。
20.如权利要求16所述的接收器，其中所述接收部件是光子检测元件，该光子检测元件根据所施加的电压而改变光子检测特征，其中所述控制器根据所监控的多个随机数的质量来控制所施加的电压。
21.如权利要求20所述的接收器，其中所施加的电压是施加到光子检测元件的偏置电压。
22.如权利要求20所述的接收器，其中所施加的电压是施加到光子检测元件的电压脉冲的脉冲振幅。
23.如权利要求16所述的接收器，其中所述接收部件是光子检测元件，其中该光子检测元件根据随机数信号的接收时序和将脉冲式电压施加到该光子检测元件的时序而改变光子检测特征，其中所述控制器根据所监控的多个随机数的质量来控制施加脉冲式电压的时序。
24.如权利要求16所述的接收器，其中所述接收部件是光子检测元件，该光子检测元件根据用于对接收到的随机数信号进行区分的阈值而改变光子检测特征，其中所述控制器根据所监控的多个随机数的质量来控制阈值。
25.一种发送器，用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与接收器共享随机数，其包括：
随机数生成器，用于生成初始随机数；
第一发送部件，用于发送根据初始随机数生成的随机数信号；
随机数质量监控器，用于根据初始随机数监控共享随机数的质量；以及
第二发送器，用于将共享随机数的质量发送给所述接收器，以便根据该共享随机数的质量来控制所述接收器的接收特征。
26.一种发送器，用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与接收器共享随机数，其包括：
随机数生成器，用于生成初始随机数；
调制器，用于根据所述初始随机数对载波信号进行调制，从而生成所述随机数信号；
接收部件，用于从所述接收器接收共享随机数的质量信息，其中所述接收器接收随机数信号，以监控所述共享随机数的质量；以及
控制器，用于根据所接收的质量信息来改变调制器的调制特征。
27.一种方法，用于控制具有多个值的随机数的质量，其包括：
根据用于多个值的各个值的独立特征来生成多个值；
将预定量的随机数存储在存储器中；
在所述预定量的随机数中生成所述多个值中的每一个的计数的比例；以及
控制器，用于单独地改变所述独立特征，以使比例更接近期望值。
28.如权利要求27所述的方法，其中控制所述独立特征，以使得多个值的各个比例彼此相等。
29.一种在通信系统中用于控制具有多个值的随机数的质量的方法，其中该通信系统包括通过传输线路相互连接的第一通信设备和第二通信设备，其包括：
将随机数信号从第一通信设备发送到第二通信设备；
根据随机数信号在第一通信设备和第二通信设备之间共享随机数；
监控所共享的随机数的质量；并且
根据所监控的随机数的质量来改变第二通信设备的接收器的接收特征。
30.如权利要求29所述的方法，其中共享随机数的质量是多个值的每一个的计数比例。
31.如权利要求30所述的方法，其中改变接收器的接收特征，以减少该比例与期望值之间的差。
32.如权利要求31所述的方法，其中确定期望值，以使得多个值的各个比例彼此相等。
33.一种用于控制接收器中的随机数的质量的方法，其中所述接收器根据通过传输线路接收到的随机数信号对随机数进行存储，其包括：
在接收部件处接收随机数信号；
对从接收到的随机数信号获得的随机数的质量进行监控；并且
根据所监控的随机数的质量来改变所述接收部件的接收特征。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述随机数的质量是多个值的每一个的计数比例。
35.如权利要求34所述的方法，其中控制所述接收部件的接收特征，以减少该比例与期望值之间的差。
36.如权利要求35所述的方法，其中确定期望值，以使得所述多个值的各个比例彼此相等。
37.一种用于控制发送器中的随机数的质量的方法，其中所述发送器用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与所述接收器共享随机数，其包括：
生成初始随机数；
发送根据所述初始随机数生成的随机数信号；
根据所述初始随机数监控共享随机数的质量；并且
将所述共享随机数的质量发送到所述接收器，以便根据所共享的随机数的质量来控制所述接收器的接收特征。
38.一种用于控制发送器中的随机数的质量的方法，其中所述发送器用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与所述接收器共享随机数，其包括：
生成初始随机数；
根据所述初始随机数来调制载波信号，从而生成所述随机数信号；
从所述接收器接收所述共享随机数的质量信息，其中所述接收器接收随机数信号，以监控所述共享随机数的质量；并且
根据所接收的质量信息来改变调制特征。
39.一种用于命令计算机对具有多个值的随机数的质量进行控制的程序，其包括：
根据用于多个值的各个值的独立特征生成多个值；
将预定量的随机数存储在存储器中；
在预定量的随机数中生成多个值中的每一个的计数的比例；以及
控制器，用于独立地改变独立特征，以使所述比例更接近于期望值。
40.一种用于命令计算机对接收器中的随机数的质量进行控制的程序，其中所述接收器根据通过传输线路接收到的随机数信号对随机数进行存储，其包括：
在接收部件处接收所述随机数信号；
对从接收到的随机数信号获得的随机数的质量进行监控；并且
根据所监控的随机数的质量来改变所述接收部件的接收特征。
41.一种用于命令计算机对发送器中的随机数的质量进行控制的程序，其中所述发送器用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与接收器共享随机数，其包括：
生成初始随机数；
发送根据所述初始随机数生成的所述随机数信号；
根据所述初始随机数来监控共享随机数的质量；并且
将所述共享随机数的质量发送到所述接收器，以便根据所述共享随机数的质量来控制所述接收器的接收特征。
42.一种用于命令计算机对发送器中的随机数的质量进行控制的程序，其中所述发送器用于通过传输线路将随机数信号发送到接收器，从而与所述接收器共享随机数，其包括：
生成初始随机数；
根据所述初始随机数来调制载波信号，以生成所述随机数信号；
从所述接收器接收所述共享随机数的质量信息，其中所述接收器接收所述随机数信号，以监控所述共享随机数的质量；并且
根据所接收的质量信息来改变调制特征。
43.一种随机数生成器，其包括有如权利要求1所述的电路。
44.一种量子钥匙分配系统，其包括有如权利要求6所述的系统。
45.一种随机数生成器，其用于执行如权利要求27所述的方法。
46.一种量子钥匙分配系统，其用于执行如权利要求29所述的方法。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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