CN114826594A

CN114826594A - 光源最佳发光位置确定方法及量子随机数生成装置

Info

Publication number: CN114826594A
Application number: CN202210765228.4A
Authority: CN
Inventors: 王其兵; 王林松; 陈柳平
Original assignee: Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2042-07-01
Also published as: CN114826594B

Abstract

本发明公开的光源最佳发光位置确定方法及量子随机数发生装置，涉及信号处理及通信领域，启动延时扫描，根据光源的初始发光位置L0及步进l0，调整光源的发光位置，得到第一发光位置L1；在第一发光位置L1下，获取光源发出的光信号的最大强度值，得到第一强度值；根据第一采样位置L1及步进l0，调整光源的发光位置，得到第二发光位置L2；在第二发光位置L2下，获取所述光信号的最大强度值，得到第二强度值；根据第一至第N强度值，确定所述光源的最佳发光位置；在无须提高模数转换器信号采样频率的前提下，能够保证量子随机数生成装置的稳定性及量子随机数的生成速率不会降低。

Description

光源最佳发光位置确定方法及量子随机数生成装置

技术领域

本发明涉及信号处理及通信领域，具体涉及一种光源最佳发光位置确定方法及量子随机数生成装置。

背景技术

在现代社会中，随机数被广泛使用在仿真模拟、密码学等诸多领域。依照生成原理的不同，随机数可以分为伪随机数和真随机数两大类。由于伪随机数一般都是通过算法产生，随着量子计算的威胁日益紧迫，伪随机数将变得可被预测，因此其安全性无法保证。量子随机数发生器包括基于真空涨落的量子随机数发生器、基于相位噪声的量子随机数发生器，其产生的随机数是完全无法预测的，因此具有真随机性，也是目前研究较多且较为成熟的量子随机数发生器。

随机数的生成速率及稳定性是量子随机数发生器能否实用化的核心指标。相对于传统的基于相位噪声的量子随机数发生器，现有的基于脉冲相位噪声的量子随机数发生器虽然在一定程度上简化了结构，稳定性较高。但是在相同技术条件下，现有基于脉冲相位噪声的量子随机数发生器的量子随机数的生成速率为传统基于相位噪声的量子随机数发生器的25%，降低了随机数的生成速率。所以，为了提高随机数的生成速率，光信号的采样频率理论上至少应为脉冲光源频率的2倍，实际情况下一般将光信号的采样频率设置为脉冲光源频率的4倍，对模数转换器的信号采样频率要求较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种光源最佳发光位置确定方法及量子随机数生成装置，用以解决现有技术存在的为了提高随机数的生成速率，对模数转换器的性能要求较高的缺陷。

为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供的光源最佳发光位置确定方法，包括以下步骤：

S1，启动延时扫描，根据光源的初始发光位置L₀及步进l₀，调整所述光源的发光位置，得到第一发光位置L₁。

S2，在第一发光位置L₁下，获取所述光源发出的光信号的最大强度值，得到第一强度值。

S3，根据第一发光位置L₁及步进l₀，调整所述光源的发光位置，得到第二发光位置L₂。

S4，在第二发光位置L₂下，获取所述光信号的最大强度值，得到第二强度值。

S5，以此类推，持续调整所述光源的发光位置直至所述发光位置大于预设的发光位置L_max，得到第N强度值。

S6，根据第一至第N强度值，确定所述光源的最佳发光位置。

优选地，根据第一至第N强度值，确定所述光源的最佳发光位置包括：

从第一至第N强度值中选择数值最大的强度值，将所述强度值对应的发光位置作为所述光源的最佳发光位置。

第二方面，本发明实施例提供的量子随机数生成装置，其特征在于，包括：

光源，用于制备周期为T₀的脉冲光。

干涉仪，用于接收所述脉冲光并基于所述脉冲光进行干涉，产生干涉后的光信号。

光电探测器，用于接收干涉后的光信号并将所述光信号转换为模拟信号。

控制器，用于接收所述光电探测器发送的模拟信号并根据所述模拟信号，采用第一方面所述的光源最佳发光位置确定方法，确定所述光源的最佳发光位置。

延时器，用于根据控制器发出的延时信号及携带最佳发光位置的光源驱动信号，将所述光源当前的发光位置调整至所述最佳发光位置。

所述模数转换器，用于基于所述最佳发光位置，对接收到的模拟信号进行采样并将采样得到的模拟信号转换为数字信号。

处理器，用于根据所述数字信号，产生量子随机数。

优选地，所述控制器还用于：

实时判断所述光源当前的发光位置是否大于预设的发光位置，若是，则停止工作。

优选地，所述延时器为延时IC芯片。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述第一方面所述的方法。

本发明实施例提供的光源最佳发光位置确定方法及量子随机数生成装置具有以下有益效果：

通过采用延时器将光源的发光位置调整至最佳发光位置，在无须提高模数转换器信号采样频率的前提下，能够保证量子随机数生成装置的稳定性及量子随机数的生成速率不会降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光源最佳发光位置确定方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的光源发光位置调整过程示意图；

图3为本发明实施例提供的量子随机数生成装置组成结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

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、完整的描述，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的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。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的光源最佳发光位置确定方法，执行主体为控制器，包括以下步骤：

S101，启动延时扫描，根据光源的初始发光位置L₀及步进l₀，调整该光源的发光位置，得到第一发光位置L₁。

具体地，第一发光位置为L₁+l₀。

S102，在第一发光位置L₁下，获取该光源发出的光信号的最大强度值，得到第一强度值。

其中，该光信号为脉冲光信号，在第一发光位置下，能够获取该光信号的多个强度值，然后从多个强度值从选择数值最大的强度值作为第一发光位置L₁下该光信号对应的第一强度值。

S103，根据第一发光位置L₁及步进l₀，调整该光源的发光位置，得到第二发光位置L₂。

在一种可能的实现方式中，光源的发光位置调整过程如图2所示。

具体地，第二发光位置为L₁+2l₀。依次类推，第三发光位置为L₁+ 3l₀，…第N发光位置为L₁+ Nl₀。

S104，在第二发光位置L₂下，获取该光信号的最大强度值，得到第二强度值。

S105，以此类推，持续调整该光源的发光位置直至发光位置大于预设的发光位置L_max，得到第N强度值。

S106，根据第一至第N强度值，确定该光源的最佳发光位置。

在一种可能的实现方式中，该步骤具体包括：

从第一至第N强度值中选择数值最大的强度值，将该强度值对应的发光位置作为该光源的最佳发光位置。

具体地，可以根据该光源各个发光位置下得到的最大强度值，绘制各个发光位置下对应的最大强度值的函数曲线图，并通过软件分析该函数曲线图，确定第一至第N强度值中数值最大的强度值及该强度值对应的发光位置，将该发光位置作为该光源的最佳发光位置。

实施例2

如图3所示，本发明实施例提供的量子随机数生成装置包括光源、干涉仪、光电探测器、控制器、模数转换器、延时器及处理器，其中：

光源用于制备周期为T₀的脉冲光。

具体地，该光源为脉冲激光器。

干涉仪用于接收脉冲光并基于该脉冲光进行干涉，产生干涉后的光信号。

具体地，该干涉仪为迈克尔逊干涉仪，也可以为MZ不等臂干涉仪。

光电探测器，用于接收干涉后的光信号并将该光信号转换为模拟信号。

具体地，光电探测器对接收到的光信号的强度值进行检测，将检测到的光信号的强度值以模拟信号形式发送给模数转换器。

具体地，该光电探测器可以为PN型光探测器，也可以为PIN型光探测器或雪崩光电二极管。

控制器，用于接收光电探测器发送的模拟信号并根据该模拟信号，采用实施例1中所述的光源最佳发光位置确定方法，确定该光源的最佳发光位置。

可选地，该控制器具体还用于：

实时判断光源当前的发光位置是否大于预设的发光位置，若是，则停止工作。

具体地，该控制器为单片机或PLC控制器。

延时器，用于根据控制器发出的延时信号及携带最佳发光位置的光源驱动信号，将该光源当前的发光位置调整至该最佳发光位置。

可选地，该延时器为延时IC芯片。

具体地，通过延时器，可以调整光源的发光位置，当光源的发光位置产生变化时，模数转换器采样到的模拟信号的强度值也随着变化，直至采样到的模拟信号的强度值达到最大。在无须提高模数转换器信号采样频率的前提下，也能够保证量子随机数生成装置的稳定性及量子随机数的生成速率不会降低。

模数转换器，用于基于该最佳发光位置，对接收到的模拟信号进行采样并将采样得到的模拟信号转换为数字信号。

具体地，该模数转换器为模拟数据采集卡或高速ADC模块单元。

处理器，用于根据数字信号，产生量子随机数。

具体地，该处理器包括提取单元，该提取单元对接收到的数字信号进行随机提取，得到量子随机数并输出该量子随机数。

实施例3

图4是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。如图4所示，该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。图4图示了根据本发明公开实施例的电子设备的框图。如图4所示，电子设备包括一个或多个处理器401和存储器402。

处理器401可以是中央处理单元（CPU）或者具有渗透数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器402可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器401可以运行所述程序指令，以实现上文所述的被公开的各个实施例的软件程序的对历史变更记录进行信息挖掘的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置403和输出装置404，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。

此外，该输入装置403还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置404可以向外部输出各种信息。该输出设备404可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图4中仅示出了该电子设备中与本发明公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

实施例4

除了上述方法和设备以外，本发明公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明公开各种实施例的渗透数据标注、封装及获取方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本发明公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明公开各种实施例的渗透数据标注、封装及获取方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本发明公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本发明公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明公开的方法的机器可读指令。因而，本发明公开还覆盖存储用于执行根据本发明公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本发明公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明公开的范围。因此，本发明公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、调整、添加和子组合。

可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种光源最佳发光位置确定方法，其特征在于，包括：

S1，启动延时扫描，根据光源的初始发光位置L₀及步进l₀，调整所述光源的发光位置，得到第一发光位置L₁；

S2，在第一发光位置L₁下，获取所述光源发出的光信号的最大强度值，得到第一强度值；

S3，根据第一采样位置L₁及步进l₀，调整所述光源的发光位置，得到第二发光位置L₂；

S4，在第二发光位置L₂下，获取所述光信号的最大强度值，得到第二强度值；

S5，以此类推，持续调整所述光源的发光位置直至所述发光位置大于预设的发光位置L_max，得到第N强度值；

S6，根据第一至第N强度值，确定所述光源的最佳发光位置。

2.根据权利要求1所述的光源最佳发光位置确定方法，其特征在于，根据第一至第N强度值，确定所述光源的最佳发光位置包括：

3.一种量子随机数生成装置，其特征在于，包括：

光源，用于制备周期为T₀的脉冲光；

干涉仪，用于接收所述脉冲光并基于所述脉冲光进行干涉，产生干涉后的光信号；

光电探测器，用于接收干涉后的光信号并将所述光信号转换为模拟信号；

控制器，用于接收所述光电探测器发送的模拟信号并根据所述模拟信号，采用权利要求1所述的光源最佳发光位置确定方法，确定所述光源的最佳发光位置；

延时器，用于根据所述控制器发出的延时信号及携带最佳发光位置的光源驱动信号，将所述光源当前的发光位置调整至所述最佳发光位置；

模数转换器，用于基于所述最佳发光位置，对接收到的模拟信号进行采样并将采样得到的模拟信号转换为数字信号；

处理器，用于根据所述数字信号，产生量子随机数。

4.根据权利要求3所述的量子随机数生成装置，其特征在于，所述控制器还用于：

5.根据权利要求3所述的量子随机数生成装置，其特征在于，所述延时器为延时IC芯片。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1或2所述的方法。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1或2所述的方法。