CN111090416B - 一种量子随机数生成方法、装置及量子随机数发生器 - Google Patents

Abstract

一种量子随机数生成方法、装置及量子随机数发生器，该方法包括：获取量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉后的第一光信号和第二光信号；根据第一光信号和第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号；根据选取的第一探测信号，和/或，第二探测信号，生成随机数。本申请中，根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，不再按照时间进行间隔采样。可以避免对存在误差甚至错误的探测信号进行采样生成数字信号，从而选取更加准确的探测信号，提高最终提取的随机数的随机性。

Description

一种量子随机数生成方法、装置及量子随机数发生器

技术领域

本申请实施例涉及量子随机数技术领域，特别涉及一种量子随机数生成方法、装置及量子随机数发生器。

背景技术

随着全球信息化发展，通信中的信息安全越来越受到人们的重视。信息安全往往涉及到密钥对信息的加密，而密钥的基础是随机数。基于量子力学的量子随机数，由于量子力学的不确定性基本原理确保了随机数的随机性。因此，量子随机数发生器是随机数的重要发展方向。

量子随机数发生器通常采用的如图1所示的装置。在该量子随机数发生器中，激光器101输出的光信号经过干涉仪102的干涉，由光电探测器103探测。光电探测器103根据探测的光信号输出电信号。该电信号由模数转换器（analog to digital converter，ADC）104从模拟信号转换为数字信号。最终，由处理器105对ADC 104输出的数字信号进行后处理，得到随机数。相关技术中，为了降低对ADC采样频率的要求，通常会对干涉仪输出的信号光进行分束，再由两个光电探测模块探测，最终由两个ADC进行间隔采样。例如，设置两个ADC进行间隔采样时，控制两个ADC轮流采样，生成数字信号。因为采用了间隔采样的方式，所以每一时刻都只获取一条分束线路上的光电探测器和ADC的采样结果。因此，降低了ADC的采样频率的要求。

相关技术中，当设置两个ADC时，ADC进行间隔采样，随着时间变化，轮流采样输出数字信号。对干涉仪输出的信号光进行分束时，由于各个分束光之间存在差异，导致各个光电探测器的探测结果不同，部分探测结果存在误差甚至错误。若按照时间进行间隔采样，处理器轮流获取的各个ADC输出的数字信号。由于部分探测结果存在误差甚至错误，导致相应的数字信号也存在误差甚至错误，降低最终提取的随机数的随机性。发明内容

本申请提供一种量子随机数生成方法、装置及量子随机数发生器，可用于解决在相关技术中探测结果存在误差甚至错误，导致相应的数字信号也存在误差甚至错误，降低最终提取的随机数的随机性的问题。

第一方面，本申请提供一种量子随机数生成方法，应用于量子随机数发生器，所述量子随机数发生器包括两个光电探测器，所述方法包括：

获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉分光后的两个光信号；

根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

可选地，所述根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，包括：

检测所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强是否大于探测强度，所述探测强度是所述量子随机数发生器中光电探测器的动态范围的最大值；

若所述第一光信号的光强大于所述探测强度且所述第二光信号的光强小于所述探测强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第二光信号的光强大于所述探测强度且所述第一光信号的光强小于所述探测强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度，则选取所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号。

可选地，所述若所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度，则选取所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，包括：

若所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

可选地，所述根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，包括：

检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

可选地，所述根据选取的所述第一探测信号和所述第二探测信号，生成随机数，包括：

获取所述第一探测信号经过模数转换后生成的第一数字信号；

获取所述第二探测信号经过模数转换后生成的第二数字信号；

根据所述第一数字信号和所述第二数字信号之差，生成随机数。

可选地，所述方法还包括：

检测所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和是否大于预设阈值；

若所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和大于所述预设阈值，则降低所述激光器输出的光信号的强度。

第二方面，本申请提供一种量子随机数生成装置，应用于量子随机数发生器，所述量子随机数发生器包括两个光电探测器，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉分光后的两个光信号；

信号选取模块，用于根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

数据处理模块，用于根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

第三方面，本申请提供一种量子随机数发生器，所述量子随机数发生器，包括：激光器、干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和处理器；

所述干涉仪的入射端与所述激光器连接、所述干涉仪的出射端与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器连接；

所述第一模数转换器的入射端与所述第一光电探测器连接、所述第一模数转换器的出射端与所述处理器连接；

所述第二模数转换器的入射端与所述第二光电探测器连接、所述第二模数转换器的出射端与所述处理器连接；

所述处理器，用于：

获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉分光后的两个光信号；

根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

第四方面，本申请提供一种计算机存储介质，用于储存量子随机数发生器所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面所述的方法。

在本申请提供的方案中，根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，不再按照时间进行间隔采样。由于根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，因此可以避免对存在误差甚至错误的探测信号进行采样生成数字信号，从而选取更加准确的探测信号，提高最终提取的随机数的随机性。

附图说明

图1是相关技术中的量子随机数发生器的硬件架构的示意图；

图2是本申请一个实施例提供的实施环境的示意图；

图3是本申请一个实施例提供的量子随机数生成方法的流程图；

图4是本申请一个实施例提供的光电探测器输出与输入的关系示意；

图5是本申请一个实施例提供的量子随机数发生装置的示意性框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图2，其示出了本申请一个实施例提供的实施环境的示意图。该实施环境包括量子随机数发生器20。量子随机数发生器20包括：激光器201、干涉仪202、第一光电探测器203、第二光电探测器204、第一ADC205，第二ADC206和数据采集处理器207。其中，激光器201是用于输出周期光的发光设备。干涉仪202是不等臂干涉仪，例如MZ不等臂干涉仪。

第一光电探测器203和第二光电探测器204用于探测光信号，并根据探测结果输出电信号。可选地，第一光电探测器203和第二光电探测器204是光电二极管（Photo-Diode，PD），例如PIN光电二极管或雪崩二极管。

第一ADC205和第二ADC206用于将第一光电探测器203和第二光电探测器204输出的电信号这一模拟信号转换为数字信号。

数据采集处理器207是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）。可选地，数据采集处理器207为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、FPGA和专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）中的一个或多个的组合。数据采集处理器207根据获取的数字信号形成部分随机的二进制比特串，然后利用快速傅里叶变换的特普利茨-哈希等函数进行随机数提取得到完全的量子随机数。数据采集处理器207也被称为处理器。需要说明的是，数据采集处理器207可以与光电探测器连接，获取光电探测器的输入和输出信息。

本申请实施例描述的实施环境是为了更加清楚地说明本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着技术演变和新业务场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请实施例提供的方法，各步骤的执行主体是上述量子随机数发生器，也可以是量子随机数发生器中的处理器。量子随机数发生器中的处理器可以是上述数据采集处理器207，也可以是量子随机数发生器中另置的处理器。为了便于说明，在下述方法实施例中，仅以各步骤的执行主体为处理器进行介绍说明，但对此不构成限定。

请参考图3，其示出了本申请一个实施例提供的量子随机数生成方法的流程图。该方法可应用于图2示出的量子随机数发生器中。该方法可以包括如下步骤。

步骤301，获取第一光信号和第二光信号。

量子随机数发生器中激光器输出光信号。该光信号经过干涉仪的干涉后，分束生成第一光信号和第二光信号。激光器发光时的输出能量是预先设定的。该输出能量的数值是一个固定值。经过干涉分束后，第一光信号和第二光信号的能量之和等于激光器的输出能量。

第一光信号经过光纤传输至第一光电探测器，被第一光电探测器探测。第二光信号经过光纤传输至第二光电探测器，被第二光电探测器探测。由于第一光信号和第二光信号之间存在差异，可能导致第一光电探测器和第二光电探测器的探测结果的准确度不同。因此，处理器需要选取用于生成随机数的光电探测的探测结果。为了选取准确度较高的探测结果，处理器获取第一光信号和第二光信号。处理器分别与第一光电探测器和第二光电探测器的连接，获取第一光信号和第二光信号。

可选地，处理器获取第一光信号和第二光信号的光强信息。第一光电探测器和第二光电探测器的探测结果受到所探测的光信号光强影响。因此，处理器选取光电探测结果的依据是第一光信号和第二光信号各自的光强。上述第一光信号和第二光信号的光强信息用于指示第一光信号和第二光信号各自的光强。处理器从第一光电探测器处获取第一光信号的光强信息，并从第二光电探测器处获取第二光信号的光强信息。

步骤302，根据第一光信号的光强和第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号。

处理器需要选取用于生成随机数的光电探测的探测结果，则根据第一光信号的光强和第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号。其中，第一探测信号是用于探测第二光信号的光电探测器即第二光电探测器生成的电信号，第二探测信号是用于探测第一光信号的光电探测器即第一光电探测器生成的电信号。处理器选取探测结果，即从第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个探测信号。

处理器选取第一探测信号，和/或，第二探测信号的依据是两个探测信号各自探测的光信号的光强。示例性地，如图4所示，其示出了光电探测器的输入即光信号和输出即电信号的关系。在光电探测器的动态范围即探测范围内，光电探测器输出的电信号随着探测的光信号的光强增强。处理器检测第一光信号的光强和第二光信号的光强是否符合预设条件，并根据是否符合预设条件选取第一探测信号，和/或，第二探测信号。上述预设条件包括第一光信号的光强和第二光信号的光强是否超出光电探测的探测范围，和/或，第一光信号的光强和第二光信号的光强是否存在迟滞效应。其中，光信号超出探测范围和存在迟滞效应都会导致光电探测结果的不准确。

在一种可能的实施方式中，上述预设条件为第一光信号的光强和第二光信号的光强是否超出光电探测的探测范围，而为了检测是否超出的探测范围，处理器检测第一光信号的光强和第二光信号的光强是否大于探测强度。其中，探测强度是根据光电探测器对光强的探测范围的最大值预先设定的。该探测强度小于或等于上述探测范围的最大值。示例性地，如上述图4所示，光电探测器的探测范围为0至M，则探测强度可以设定为M。当光信号的光强大于探测强度时，光电探测器出的电信号的强度不再随光强变化，探测结果不再准确。若第一光信号的光强大于探测强度且第二光信号的光强小于探测强度，则处理器确定第一光电探测器输出的第二探测信号不准确，并选取第一探测信号作为探测结果；若第二光信号的光强大于探测强度且第一光信号的光强小于探测强度，则处理器确定第二光电探测器输出的第一探测信号不准确，并选取第二探测信号作为探测结果；若第一光信号的光强和第二光信号的光强均小于探测强度，则选取第一探测信号和第二探测信号。若第一光信号的光强和第二光信号的光强均大于探测强度，则无论选取第一探测信号还是第二探测信号，探测结果都不准确。第一光电探测器和第二光电探测器是相同型号的光电探测器，则第一光电探测器和第二光电探测器的探测强度相同。可选地，第一光电探测器和第二光电探测器的探测强度不相同。

第一光信号和第二光信号的能量之和等于激光器的输出能量，是一个固定值。因此，第一光信号的光强与第二光信号的光强之和也是一个固定值。当第一光信号的光强增大时，第二光信号的光强减小；当第二光信号的光强增大时，第一光信号的光强减小。因此，当第一光信号的光强与第二光信号的光强之和小于第一光电探测器和第二光电探测器的探测强度之和时，若第一光信号的光强大于探测强度，则第二光信号的光强小于探测强度；若第二光信号的光强大于探测强度，则第一光信号的光强小于探测强度。因此，对于量子随机数发生器，光电探测的范围是两个光电探测器的探测范围之和。相较于单光电探测器的方案，本实施方式中的方案扩大了探测范围。

可选地，当第一光信号的光强和第二光信号的光强均大于探测强度时，激光器输出的光信号的光强已经超出了两个光电探测器的探测范围之和。因此，处理器检测第一光信号和第二光信号的光强之和是否大于预设阈值；若第一光信号和第二光信号的光强之和大于预设阈值，则降低激光器输出的光信号的强度。其中，预设阈值可以根据两个光电探测器的探测范围预设设定。

在另一种可能的实施方式中，上述预设条件为第一光信号的光强和第二光信号的光强是否存在迟滞效应。迟滞效应是指若当前时刻光信号的光强过强，则会在后续相邻时刻输出的电信号上附加一个电脉冲的强度。因此，迟滞效应会造成光电探测器的探测的误差。对此，处理器检测第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度。该预设强度是引发迟滞效应的临界值，可以根据实际经验预先设定。若第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取第一探测信号。第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则第一光信号存在迟滞效应，因此不选取对第一光信号的探测结果，而是选取第一探测信号即对第二光信号的探测结果。若第一光信号在两个时间周期内任一周期的光强小于预设强度，则确定第一光信号不存在迟滞效应，并检测第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度，以确定第二光信号是否存在迟滞效应。若第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则确定第二光信号存在迟滞效应，因此不选取对第二光信号的探测结果，而是选取第二探测信号即对第一光信号的探测结果。若第二光信号在两个时间周期内任一周期的光强小于预设强度，则确定第二光信号不存在迟滞效应，并选取第一探测信号和第二探测信号。

需要说明的是，当第一光信号和第二光信号在两个时间周期内的光强都大于预设强度时，即第一光信号和第二光信号都存在迟滞效应时，迟滞效应带来的误差以及无法避免。此时，处理器选取第一探测信号和第二探测信号。

在又一种可能的实施方式中，上述预设条件包括第一光信号的光强和第二光信号的光强是否超出光电探测的探测范围，以及第一光信号的光强和第二光信号的光强是否存在迟滞效应。

当光信号的光强超出光电探测器的探测范围时，光电探测的结果是完全错误的，而迟滞效应造成的是光电探测的结果存在误差。对于光电探测结果的准确性，确保光信号的光强在探测范围内的优先级高于避免迟滞效应的优先级。对此，处理器首先检测第一光信号的光强和第二光信号的光强是否大于探测强度。若第一光信号的光强大于探测强度且第二光信号的光强小于探测强度，则处理器确定第一光电探测器输出的第二探测信号不准确，并选取第一探测信号作为探测结果；若第二光信号的光强大于探测强度且第一光信号的光强小于探测强度，则处理器确定第二光电探测器输出的第一探测信号不准确，并选取第二探测信号作为探测结果；若第一光信号的光强和第二光信号的光强均小于探测强度，则处理器检测第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度。若第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取第一探测信号；若第一光信号在两个时间周期内任一周期的光强小于预设强度，则检测第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度。若第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取第二探测信号即对第一光信号的探测结果。若第二光信号在两个时间周期内任一周期的光强小于预设强度，则确定第二光信号不存在迟滞效应，并选取第一探测信号和第二探测信号。因为确保光信号的光强在探测范围内的优先级高于避免迟滞效应的优先级，所以处理器先检查第一光信号和第二光信号的光强是否大于探测强度，即使存在迟滞效应，也优先选取在探测范围内的探测结果。在确保不超出探测范围的情况下，处理器根据是否存在迟滞效应来选取探测信号。

步骤303，根据选取的所述第一探测信号，和/或，第二探测信号，生成随机数。

在确定选取的探测信号后，处理器获取选取的探测信号经过模数转换后生成的数字信号根据数字信号形成部分随机的二进制比特串，然后利用快速傅里叶变换的特普利茨-哈希等函数进行随机数提取得到完全的量子随机数。部分随机的二进制比特串是由包含经典噪声和量子噪声共同产生的，需要提取来自于量子噪声的量子随机数，利用统计测试可以估计出最小熵的大小，然后经过后处理即随机性提取得到的量子随机数。当处理器选取的是第一探测信号或第二探测信号时，直接获取第一探测信号或第二探测信号经过模数转换后生成的第一数字信号或第二数字信号。其中，第一数字信号是第一探测信号经过模数转换后生成的数字信号。第二数字信号是第二探测信号经过模数转换后生成的数字信号。当处理器选取的是第一探测信号和第二探测信号时，根据第一数字信号和第二数字信号之差，生成随机数。

在本申请提供的方法中，根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，不再按照时间进行间隔采样。由于根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，因此可以避免对存在误差甚至错误的探测信号进行采样生成数字信号，从而选取更加准确的探测信号，避免降低最终提取的随机数的随机性。

在本申请实施例中，可以理解的是，量子随机数发生器为了实现上述方法和功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。结合本申请中所公开的实施例描述的各示例的模块及方法步骤，本申请实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的技术方案的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对量子随机数发生器中的处理器进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

图5示出了上述实施例中所涉及的量子随机数发生器中的量子随机数发生装置的一种可能的示意性框图。量子随机数发生装置50包括：信号获取模块501、信号选取模块502和数据处理模块503。

信号获取模块501，用于获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉分光后的两个光信号。

信号选取模块502，用于根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号。

数据处理模块503，用于根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

在本申请提供的装置中，根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，不再按照时间进行间隔采样。由于根据两个光信号的各自的光强选取探测结果，因此可以避免对存在误差甚至错误的探测信号进行采样生成数字信号，从而选取更加准确的探测信号，避免降低最终提取的随机数的随机性。

可选地，所述信号获取模块502，包括：光强检测单元和信号选取单元。

光强检测单元，用于检测所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强是否大于探测强度，所述探测强度是所述量子随机数发生器中光电探测器的动态范围的最大值。

信号选取单元，用于当所述第一光信号的光强大于所述探测强度且所述第二光信号的光强小于所述探测强度时，选取所述第一探测信号；当所述第二光信号的光强大于所述探测强度且所述第一光信号的光强小于所述探测强度时，选取所述第二探测信号；当所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度时，选取所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号。

可选地，所述信号选取单元，用于：

当所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度时，选取所述第一探测信号；当所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；当所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第二探测信号；当所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

可选地，所述信号获取模块502，包括：光强检测单元和信号选取单元。

所述光强检测单元，用于检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度。

所述信号选取单元，用于当所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第一探测信号；

所述光强检测单元，还用于当所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度。

所述信号选取单元，还用于当所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第二探测信号；当所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

可选地，所述数据处理模块503，用于：

获取所述第一探测信号经过模数转换后生成的第一数字信号；获取所述第二探测信号经过模数转换后生成的第二数字信号；根据所述第一数字信号和所述第二数字信号之差，生成随机数。

可选地，所述装置还包括：

阈值检测模块，用于检测所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和是否大于预设阈值；

光强调节模块，用于当所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和大于所述预设阈值时，降低所述激光器输出的光信号的强度。

本申请还提供一种量子随机数发生器。该量子随机数发生器，包括：激光器、干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第一ADC、第二ADC和处理器。

干涉仪的入射端与所述激光器连接、所述干涉仪的出射端与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器连接。第一ADC的入射端与所述第一光电探测器连接、所述第一ADC的出射端与所述处理器连接。第二ADC的入射端与所述第二光电探测器连接、所述第二ADC的出射端与所述处理器连接。

所述处理器，用于：

获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的光信号经过干涉分光后的两个光信号；根据所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强，在第一探测信号和第二探测信号中选取至少一个信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

其中，处理器可以是CPU，通用处理器，数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP），专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC），FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。

结合本申请实施例公开内容所描述的方法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、闪存、只读存储器（ReadOnly Memory，ROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable ROM，EPROM）、电可擦可编程只读存储器（Electrically EPROM，EEPROM）、寄存器或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。

一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，存储介质储存量子随机数发生器所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法所设计的程序。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种量子随机数生成方法，其特征在于，应用于量子随机数发生器，所述量子随机数发生器包括两个光电探测器，所述方法包括：

获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的周期光经过干涉后，分束生成的两个光信号；

检测所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强是否大于探测强度，所述探测强度是所述量子随机数发生器中光电探测器的动态范围的最大值；

若所述第一光信号的光强大于所述探测强度且所述第二光信号的光强小于所述探测强度，则选取第一探测信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号；

若所述第二光信号的光强大于所述探测强度且所述第一光信号的光强小于所述探测强度，则选取第二探测信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

若所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度，则检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度，所述预设强度是引发迟滞效应的光强临界值；

若所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则选取所述第一探测信号和所述第二探测信号；

根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述根据选取的所述第一探测信号和所述第二探测信号，生成随机数，包括：

获取所述第一探测信号经过模数转换后生成的第一数字信号；

获取所述第二探测信号经过模数转换后生成的第二数字信号；

根据所述第一数字信号和所述第二数字信号之差，生成随机数。

4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和是否大于预设阈值；

若所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和大于所述预设阈值，则降低所述激光器输出的光信号的强度。

5.一种量子随机数生成装置，其特征在于，应用于量子随机数发生器，所述量子随机数发生器包括两个光电探测器，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的周期光经过干涉后，分束生成的两个光信号；

信号选取模块，用于：

检测所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强是否大于探测强度，所述探测强度是所述量子随机数发生器中光电探测器的动态范围的最大值；

当所述第一光信号的光强大于所述探测强度且所述第二光信号的光强小于所述探测强度时，选取第一探测信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号；

当所述第二光信号的光强大于所述探测强度且所述第一光信号的光强小于所述探测强度时，选取第二探测信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

当所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度时，检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度，所述预设强度是引发迟滞效应的光强临界值；

当所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度时，选取所述第一探测信号；

当所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

当所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第二探测信号；

当所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，选取所述第一探测信号和所述第二探测信号；

数据处理模块，用于根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号获取模块，包括：

光强检测单元，用于检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

信号选取单元，用于当所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第一探测信号；

光强检测单元，还用于当所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

信号选取单元，还用于当所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度时，选取所述第二探测信号；当所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度时，选取所述第一探测信号和所述第二探测信号。

7.根据权利要求5或6任一项所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块，用于：

获取所述第一探测信号经过模数转换后生成的第一数字信号；

获取所述第二探测信号经过模数转换后生成的第二数字信号；

根据所述第一数字信号和所述第二数字信号之差，生成随机数。

8.根据权利要求5或6任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

阈值检测模块，用于检测所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和是否大于预设阈值；

光强调节模块，用于当所述第一光信号和所述第二光信号的光强之和大于所述预设阈值时，降低所述激光器输出的光信号的强度。

9.一种量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器，包括：激光器、干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和处理器；

所述干涉仪的入射端与所述激光器连接、所述干涉仪的出射端与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器连接；

所述第一模数转换器的入射端与所述第一光电探测器连接、所述第一模数转换器的出射端与所述处理器连接；

所述第二模数转换器的入射端与所述第二光电探测器连接、所述第二模数转换器的出射端与所述处理器连接；

所述处理器，用于：

获取第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号为所述量子随机数发生器中的激光器输出的周期光经过干涉后，分束生成的两个光信号；

检测所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强是否大于探测强度，所述探测强度是所述量子随机数发生器中光电探测器的动态范围的最大值；

若所述第一光信号的光强大于所述探测强度且所述第二光信号的光强小于所述探测强度，则选取第一探测信号，所述第一探测信号是用于探测所述第二光信号的光电探测器生成的电信号；

若所述第二光信号的光强大于所述探测强度且所述第一光信号的光强小于所述探测强度，则选取第二探测信号，所述第二探测信号是用于探测所述第一光信号的光电探测器生成的电信号；

若所述第一光信号的光强和所述第二光信号的光强均小于所述探测强度，则检测所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于预设强度，所述预设强度是引发迟滞效应的光强临界值；

若所述第一光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于预设强度，则选取所述第一探测信号；

若所述第一光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则检测所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强是否大于所述预设强度；

若所述第二光信号在当前时刻之前的两个时间周期内的光强均大于所述预设强度，则选取所述第二探测信号；

若所述第二光信号在所述两个时间周期内任一周期的光强小于所述预设强度，则选取所述第一探测信号和所述第二探测信号；

根据选取的所述第一探测信号，和/或，所述第二探测信号，生成随机数。

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