CN111488993A - 一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器 - Google Patents

一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器，包括激光光源、非等比例光分路器、可编辑逻辑器、n组差分探测器以及n组顺次连接的放大器和模数转换器，所述激光光源发出的激光信号经所述非等比例光分路器分成n路第一光束和n路第二光束，n为大于或等于2的整数；其中，每路所述第一光束对应一路所述第二光束输入一组所述差分探测器的输入端，每组所述差分探测器的输出端对应连接一个所述放大器的输入端，所述模数转换器的输出端与所述可编辑逻辑器的输入端连接。该高速量子随机数发生器将激光信号进行非等分后输入至少两组差分探测器进行差分后放大再滤波处理，合并后即为一路高速的数字随机数，提高产品可靠性和生产效率。

Description

一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其是网络安全领域和/或信息安全领域。
背景技术
随着社会信息化的高速发展，人们对信息的便利性和安全性都有了更高的要求。加密技术则是信息安全的重要组成部分，被公认为能够产生真随机数的量子技术得到了广泛的关注、并逐步进入实用阶段。真空态涨落技术的基本原理是：在量子光学中，真空态在相空间中的振幅和相位的正交分量不能同时被精确地探测。本发明基于这一原理提出了一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器。
发明内容
本发明提供了一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器，所述高速量子随机数发生器包括激光光源、非等比例光分路器、可编辑逻辑器、n组差分探测器以及n组顺次连接的放大器和模数转换器，所述激光光源发出的激光信号经所述非等比例光分路器分成n路第一光束和n路第二光束，n为大于或等于2的整数；其中，每路所述第一光束对应一路所述第二光束输入一组所述差分探测器的输入端，每组所述差分探测器的输出端对应连接一个所述放大器的输入端，所述模数转换器的输出端与所述可编辑逻辑器的输入端连接。
其中，所述差分探测器包括减法器以及并联设置的第一光探测器和第二光探测器，所述第二光探测器的输入端设置有可调光衰减器，所述第一光束和所述第二光束分别输入所述第一光探测器和所述可调光衰减器，所述第一光探测器和所述第二光探测器的输出端均与所述减法器的输入端连接，所述减法器的输出端与所述放大器的输入端连接。
其中，所述第一光束的光强小于所述第二光束的光强。
其中，n＝2时，所述第一光束为所述激光信号的10％或15％或20％，所述第二光束为所述激光信号的40％或35％或30％；n＝3时，所述第一光束为所述激光信号的1/9，所述第二光束为所述激光信号的2/9。
本发明的高速量子随机数发生器将激光信号进行非等分后输入至少两组差分探测器进行差分后放大再滤波处理，合并后即为一路高速的数字随机数，该高速量子随机数发生器既能有效抵消电噪声，又能减少可调器件，可以节省空间，减少调试工艺，从而提高产品可靠性和生产效率。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了本发明的高速量子随机数发生器的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
发明人采用非等比例光分路器将激光光源的激光信号拆分为若干较强光束信号和若干较弱光束信号，对较强光束信号进行衰减调节后，与较弱光束信号进行差分后放大，再将放大后的信号进行模数转换，将拆分后经上述处理的若干组模数转换信号输入可编辑逻辑器中合成，形成一路高速的数字随机数，即得高速量子随机数信号。
下面结合附图，对根据本发明所提供的基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器进行详细说明。
图1示出了本发明的高速量子随机数发生器的一种具体实施例的示意图，参照图1所示，该高速量子随机数发生器包括激光光源1、非等比例光分路器2、可编辑逻辑器3、n组差分探测器4以及n组顺次连接的放大器5和模数转换器6。其中，激光光源1发出的激光信号经非等比例光分路器2分成n路第一光束和n路第二光束，第一光束和第二光束的光强不等，n为大于或等于2的整数；例如在图1所示的实施例中，n＝2。由于量子噪声的产生对激光光源稳定性要求很高，激光光源的成本居高不下，因此，本方案中采用一个激光光源1，利用非等比例光分路器2将激光信号分成多路分别探测，可以有效降低产品成本，提高产品可靠性。
在该高速量子随机数发生器中，每路第一光束对应一路第二光束输入一组差分探测器4的输入端，每组差分探测器4的输出端对应连接一个放大器5的输入端，模数转换器6的输出端与可编辑逻辑器3的输入端连接。由差分探测器4对第一光束和第二光束的信号进行分别探测后做差值，然后由放大器5将该差值放大后输送至模数转换器6中进行模数转换，再输送至可编辑逻辑器3中，可编辑逻辑器3对各路模数转换后的信号进行滤波处理，滤除残余的电噪声后合成为一路信号，得出高速数字随机数信号，即为高速量子随机数信号。模数转换器6可将随机数的产生速率提高一倍，并且保证了n路信号中随机噪声的不相关性。
在本实施例中，差分探测器4包括减法器40以及并联设置的第一光探测器41和第二光探测器42，第一光探测器41和第二光探测器42的输出端均与减法器40的输入端连接，减法器40的输出端与放大器5的输入端连接。第一光电探测器41和第二光电探测器42分别用于对第一光束和第二光束进行光电转换，将光信号转换为电信号，然后由减法器40对两路信号做差值后输出至放大器5中进行放大处理。其中，第二光探测器42的输入端设置有可调光衰减器43，即输入第一光探测器41支路和第二光探测器42支路的光束的光强不等，优选为进入第一光探测器41的光束的光强比进入可调光衰减器43的光束的光强弱。例如，若第一光束的光强弱于第二光束的光强，则第一光束输入第一光探测器41，第二光束输入可调光衰减器43，经可调光衰减器43衰减后进入第二光探测器42。
示例性地，n＝2时，第一光束可以为激光信号的10％或15％或20％，第二光束为激光信号的40％或35％或30％；n＝3时，第一光束为激光信号的1/9，第二光束为激光信号的2/9。
例如，激光光源1输出光功率为P的激光信号，经非等比例光分路器2分成4路光束：2路光功率为0.1P的第一光束和2路光功率为0.4P的第二光束；或2路光功率为0.2P的第一光束和2路光功率为0.3P的第二光束。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于真空态涨落技术的高速量子随机数发生器，其特征在于，所述高速量子随机数发生器包括激光光源(1)、非等比例光分路器(2)、可编辑逻辑器(3)、n组差分探测器(4)以及n组顺次连接的放大器(5)和模数转换器(6)，所述激光光源(1)发出的激光信号经所述非等比例光分路器(2)分成n路第一光束和n路第二光束，n为大于或等于2的整数；其中，每路所述第一光束对应一路所述第二光束输入一组所述差分探测器(4)的输入端，每组所述差分探测器(4)的输出端对应连接一个所述放大器(5)的输入端，所述模数转换器(6)的输出端与所述可编辑逻辑器(3)的输入端连接。
2.如权利要求1所述的高速量子随机数发生器，其特征在于，所述差分探测器(4)包括减法器(40)以及并联设置的第一光探测器(41)和第二光探测器(42)，所述第二光探测器(42)的输入端设置有可调光衰减器(43)，所述第一光束和所述第二光束分别输入所述第一光探测器(41)和所述可调光衰减器(43)，所述第一光探测器(41)和所述第二光探测器(42)的输出端均与所述减法器(40)的输入端连接，所述减法器(40)的输出端与所述放大器(5)的输入端连接。
3.如权利要求1所述的高速量子随机数发生器，其特征在于，所述第一光束的光强小于所述第二光束的光强。
4.如权利要求1所述的高速量子随机数发生器，其特征在于，n＝2时，所述第一光束为所述激光信号的10％或15％或20％，所述第二光束为所述激光信号的40％或35％或30％；n＝3时，所述第一光束为所述激光信号的1/9，所述第二光束为所述激光信号的2/9。
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