CN208188812U - 源无关高维时间编码的量子随机数发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种源无关高维时间编码的量子随机数发生器，包括相互匹配的发送模块和接收模块，所述发送模块采用高维时间编码方式输出编码后光脉冲组，所述接收模块接收所述编码后光脉冲组分别进行X基矢和Z基矢测量，再经后处理获得相应的量子随机数。本实用新型量子随机数发生器，采用高维编码的方式提升源无关随机数发生器的输出速率。

Description

源无关高维时间编码的量子随机数发生器

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种量子随机数发生器。

背景技术

随机数作为一种资源，在许多领域内都具有重要作用。科学模拟计算，密钥系统，身份认证等均离不开随机数。尤其是在安全相关的领域内，随机性是系统安全性的根基，真随机数的采用将明显提升系统的安全性。因此在任何安全相关的应用领域内，迫切的需求真随机数。同时在新兴的量子通信领域，随机数同样是不可或缺的；在量子密钥分发系统中，需要大量的真随机数。量子随机数发生器的诞生解决了高速生成真随机数的难题。量子随机数发生器基于量子力学基本原理，而量子力学的一个显著特征是其内在包含随机性，因此量子随机数发生器是一种真随机数发生器。

作为一种硬件随机数发生器，量子随机数发生器由多个部分组成，保证每个部分均安全可靠的工作才能使其输出可靠的随机数，任何安全漏洞均可能导致随机数被攻击者窃取而使整个安全系统被突破。同时实际器件存在各种缺陷，因此从量子态的制备到测量均会存在和理论描述的偏差，必须严格检测各个器件以量化此类缺陷，忽视任何缺陷可能导致过高估计最终的随机数生成速率从而使发生器存在安全漏洞。对量子随机数发生器的所有器件进行及时检测和监控不但在实际操作上难以进行，同时也会大大增加系统的复杂度，因此通过引入新的机制来减少需要检测和监控的硬件是一种更实际更合理的方式。源无关的随机数发生器随即被提出，在此类发生器中光源无需可靠，即光源可以被攻击者操控，从而使得光源发出的量子态并非预先设定制备的量子态；此外由于器件本身并非完美，即使没有外界的操控，现有光源制备的量子态也和所需量子态存在偏差。源无关量子随机数发生器免除了对光源进行监控的必要，同时也考虑了实际光源存在的缺陷，因此是一种更安全更实用的量子随机数发生器。现有源无关量子随机数发生器的输出速率还不是很高，为了进一步提升速率，高维编码是一种简单可靠的方式。

高维编码的形式也多种多样，而主流的方案为时间编码；其在实验实现上较为简单，因而被广泛研究。

在高维编码系统中，X基矢和Z基矢均有d个本征态(d表示系统维度)，因此每个本征态对应为0到d-1的比特值。X基矢本征态和相应的Z基矢的本征态可以用如下公式来描述

其中|f_n>和|t_m>分别为X基矢第n个和Z基矢的第m个本征态。

在高维时间编码中，d维的量子态需要相应的d个连续的相同时间间隔(τ)构成的一个时间段(T＝dτ)来表示。对于时间间隔，从左往右用0到d-1对其标注。对于Z基矢，其任意一个本征态|t_n>在时间编码中的具体形式为：仅在第n个时间间隔中有脉冲而其余时间间隔内没有脉冲。对于X基矢，根据上述公式不难得知，其不同基矢间的差别在于时间间隔内脉冲的相位，且每个间隔内出现脉冲的几率相同。图1给出了d＝4时，|t₀>和|f₀>的时间编码形式，且对于|f₀>根据上述公式标注了其每个间隔内脉冲的相位。

实用新型内容

本实用新型提供一种量子随机数发生器，采用高维编码的方式提升源无关随机数发生器的输出速率。

一种源无关高维时间编码的量子随机数发生器，包括采用高维时间编码方式获得并输出编码后光脉冲组的发送模块以及接收所述编码后光脉冲组的接收模块，所述接收模块包括：

测量选择装置，用于将来自发送模块的编码后光脉冲组随机输入X或Z基矢测量装置；

X基矢测量装置，用于接收测量选择装置的其中一路输出并进行X基矢测量；

Z基矢测量装置，用于接收测量选择装置的另外一路输出并进行Z基矢测量；

后处理装置，用于接收X基矢测量装置以及Z基矢测量装置的测量结果并提取输出相应的量子随机数。

本实用新型在发送模块中采用高维时间编码方式，就编码原理本身而言可采用现有技术，本实用新型将其与源无关随机数发生器相结合，进一步还对发送模块和接收模块进行了优化和改进。

作为优选，所述发送模块采用相位调制光源，在该相位调制光源中以内调制的方式进行X基矢调制，获得所述编码后光脉冲组。

作为优选，所述相位调制光源包括相位准备激光器和脉冲产生激光器，发送模块中还设有光纤环形器以及衰减器；

所述相位准备激光器产生的长脉冲输入光纤环形器的第一端口并经过光纤环形器的第二端口进入脉冲产生激光器，所述脉冲产生激光器产生的编码后光脉冲组输入光纤环形器的第二端口并经过光纤环形器的第三端口输出至衰减器，衰减器将编码后光脉冲组强度衰减至最优值后输出至接收模块。

作为优选，所述发送模块包括沿光路依次布置的：

激光器，用于发出连续光脉冲；

强度调制器，对所述连续光脉冲进行强度调制后输出短脉冲序列；

相位调制器，用于对所述短脉冲序列中连续d个短脉冲构成的脉冲组进行相位调制输出所述编码后光脉冲组，以完成X基矢调制，其中d为编码维度；

衰减器，用于将编码后光脉冲组强度衰减至最优值。该最优值能使最终输出最多的量子随机数。

相位调制器作为X基矢调制装置既可以单独配置即外置的方式实施，也可以通过选用注入式光源，实现X基矢的内调制。

作为优选，所述测量选择装置采用光开关，该光开关接入并受控于所述后处理装置。

采用光开关即进行主动测量，光开关在测量选择装置(例如FPGA)中预置随机数的控制下随机将入射的编码后光脉冲组输入X或Z基矢测量装置。

作为优选，所述测量选择装置采用非平衡分束器。

采用非平衡分束器即进行被动测量；非平衡分束器输出的两路中一路进入Z基矢测量装置，另一路进入X基矢测量装置，无需额外随机数进行测量装置选择。

作为优选，所述Z基矢测量模块为一个单光子探测器；

作为优选，所述Z基矢测量模块包括d个单光子探测器，和一个1：d的光纤耦合器，d为编码维度，光纤耦合器将入射光脉冲均分为d路并输入相应的单光子探测器。

作为优选，所述X基矢测量装置包括干涉模块以及数量与编码维度相应的单光子探测器，各单光子探测器分别探测相应干涉结果。

X基矢测量模块中单光子探测器的数量与光脉冲编码维度相应，例如编码维度为d，则需d个单光子探测器。X基矢测量模块中可根据单光子探测器的数量即编码维度设置适宜数量的干涉单元，每发生一次干涉就会获得两路输出，针对每一路如果再设置一干涉单元即再发生一次干涉，就会获得更多的输出，以此类推直至与单光子探测器的数量匹配。

作为优选，所述干涉模块包括一个或多个干涉单元，每个干涉单元中包括两分束器以及延时线；入射至各干涉单元的编码后光脉冲组经由第一分束器后分为两路，其中一路经延时线后与另一路在第二分束器发生干涉并输出。

作为优选，所述干涉模块包括一个或多个干涉单元，每个干涉单元中包括分束器、延时线以及两个法拉第旋转镜；入射至各干涉单元的编码后光脉冲组经由分束器后分为两路，其中一路进入一法拉第旋转镜，另一路经延时线后进入另一法拉第旋转镜；再分别由对应的法拉第旋转镜反射后沿各自的原路径返回分束器发生干涉并输出。

本实用新型中每一干涉单元采用不等臂结构，其中通过设置法拉第旋转镜可解决偏振漂移问题。

作为优选，光脉冲编码维度为4。

作为优选，所述干涉单元逐级分布，前一级干涉单元输出两路干涉信号，后一级干涉单元每两个为一组，分别接收前一级干涉单元输出的两路干涉信号；

X基矢探测模块中的各单光子探测器分别接收最末级干涉单元的输出。

作为优选，干涉模块包括：

第一干涉单元，进入X基矢测量模块的编码后光脉冲组在第一干涉单元发生干涉，并输出第一光信号和第二光信号；

第二干涉单元，接收第一光信号并发生干涉，干涉后输出第三光信号和第四光信号；

第三干涉单元，接收第二光信号并发生干涉，干涉后输出第五光信号和第六光信号；

X基矢测量模块中单光子探测器的数量为四个，分别接收探测所述第三光信号、第四光信号、第五光信号和第六光信号；

第二干涉单元和第三干涉单元中，其中一者的短臂或长臂上设有相位调制器。

在光路中可以通过设置光纤环形器等方式实现多路的复用。

作为优选，还设有第一光纤环形器，进入X基矢测量模块的编码后光脉组经由该第一光纤环形器进入第一干涉单元，所述第一光信号经由该第一光纤环形器进入第二干涉单元；

还设有第二光纤环形器，所述第一光信号经由第二光纤环形器进入第二干涉单元；第三光信号和第四光信号中一者直接进入对应的单光子探测器，另一者经由第二光纤环形器进入对应的单光子探测器；

还设有第三光纤环形器，所述第二光信号依次经由第一光纤环形器和第三光纤环形器进入第三干涉单元；第五光信号和第六光信号中一者直接进入对应的单光子探测器，另一者经由第三光纤环形器进入对应的单光子探测器。

本实用新型源无关高维时间编码的量子随机数发生器可以通过高维编码的方式提升源无关随机数发生器的输出速率。

附图说明

图1为高维时间编码中的量子态形式示意图，其中(a)部分示意了Z基矢编码的量子态形式，(b)部分示意了X基矢编码的量子态形式；

图2为量子随机数发生器的原理示意图；

图3为实施例1中量子随机数发生器的结构示意图；

图4为实施例1中针对X基矢调制时，长、短脉冲的驱动电压示意图；

图5为相对于图4，相位准备激光器生成连续脉冲时的驱动电压示意图；

图6为实施例1中X基矢测量装置的结构示意图；

图7为实施例1中另一X基矢测量装置的结构示意图；

图8为实施例1中Z基矢测量装置的结构示意图，其中(a)部分与(b)部分分别示意了两种不同的具体结构；

图9为实施例2中量子随机数发生器的结构示意图；

图10为实施例3中量子随机数发生器的结构示意图；

图11为实施例4中量子随机数发生器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图2，说明本实用新型的量子随机数发生器结构以及原理。

量子随机数发生器结构如图2所示。主要包含以下装置：脉冲组生成装置、X基矢调制装置、测量选择装置、X基矢测量装置、Z基矢测量装置以及后处理装置。

脉冲组生成装置用于生成等周期的短脉冲序列。其中一实施方式中，该脉冲组生成装置可以包括连续激光器和强度调制器；通过对连续激光器输出的连续激光进行外置强度调制生成所需短脉冲序列。其中一实施方式中，脉冲组生成装置为由相位准备激光器、脉冲生成激光器和光纤环形器构成的光注入系统；通过光注入技术将相位准备激光器生成的长脉冲注入到脉冲准备激光器中，脉冲准备激光器最终生成所需短脉冲序列。以四维编码为例，将连续四个脉冲作为一个脉冲组，脉冲组是后续调制和测量的对象。

X基矢调制装置用于调制脉冲组到4个X基矢本征态中的一个，该调制通过调节脉冲组内脉冲的相位来实现。其中一实施方式中，该调制装置的功能通过调节光注入系统中相位准备激光器的驱动电压来实现。其中一实施方式中，该调制装置为外置相位调制器。

测量选择装置用于随机选择基矢测量装置。其中一实施方式中，采用主动测量，该装置为光开关；光开关在预存入后处理装置中的随机数的作用下随机将入射脉冲组输入X或Z基矢测量装置。其中一实施方式中，采用被动测量，该装置为非平衡分束器，将入射脉冲组分束并分别输入X和Z基矢测量装置。

X和Z基矢测量装置用于对入射的量子态光脉冲进行X基矢和Z基矢的测量。

后处理装置用于记录X基矢测量和Z基矢测量的结果，通过X基矢测量的结果估算最终提取量子随机数的长度；通过后处理装置中内置的随机提取程序从Z基矢的测量结果中提取相应长度的随机数；

若采用主动测量，则需在提取的随机数中保留一部分在后处理装置中用于下一次基矢测量装置的选择，剩余随机数输出；若采用被动测量装置，则提取的所有随机数均输出。其中一实施方式中，后处理装置为FPGA。

源无关量子随机数发生器的特点在于无需保证光源的可靠性，即光源可以被攻击者操纵或者光源存在缺陷，但必须保证测量装置的可靠性。此类量子随机数发生器中，量子态被制备到X基矢中某个事先选定的本征态，测量将随机选择X或Z基矢测量装置进行；当选择Z基矢测量装置时，随机数发生器工作在随机数生成模式，此时测量得到的值即为原始随机数；而当选择X基矢测量装置时，随机数发生器工作在随机数检测模式，统计测量结果计算出测得X基矢{|f_x>}的次数{n_x}，该组数值将用于计算最终可以提取量子随机数的长度，消除源不可靠导致的任何非随机性。

基于熵不确定关系，若发送M个脉冲组且其中m_x个脉冲组由X基矢测量装置测量，测量得到N个数据且其中n_x个为X测量装置得到的数据，则最终得到的量子随机数长度为：

R＝(N-n_X)[log₂d-H_max({n_x})]-t(M，m_X)

其中：d表示编码维度；{n_x}为X测量装置的测量结果；n_x表示测量结果为x的次数；t(M，m_X)表示在M个脉冲组中随机选取m_x个所需要消耗的随机数，若采用被动测量，则没有此项。

因此得到X基矢的测量结果{n_x}，即可计算最终量子随机数的长度R；通过Toeplitz-Hashing等随机性提取算法即可从N-n_X个原始随机数序列中提取R+t(M，m_X)完全随机的量子随机数，除去事先消耗掉的t(M，m_X)个随机数，装置最终净输出R个量子随机数。

尚有自由参数：脉冲的强度、主动测量时m_x值的选取(被动测量时非平衡分束器的分束比)。自由参数最终选取原则为：通过对上述参数进行参数优化使得最终输出最多的量子随机数，即使得R值最大。

实施例1

参见图3，本实施例中一种源无关高维时间编码的量子随机数发生器，包括相互匹配的发送模块和接收模块。发送模块包括相位准备激光器、脉冲产生激光器、光纤环形器以及衰减器(ATT)；接收模块包括光开关、X基矢测量装置、Z基矢测量装置和后处理装置(FPGA)。

以编码维度4为例，本实施例量子随机数发生器工作过程包括：

1.相位准备激光器生成长脉冲经光纤环形器注入脉冲产生激光器；

通过调节相位准备激光器驱动电压的内调制方式(具体见下述)，将脉冲组调制到X基矢的某个本征态|f_i>，值事先选定，选定后每个脉冲组均被调制到该本征态；本实施例优选将脉冲组调制到|f₀>；

2.脉冲产生激光器生成短脉冲经光纤环形器输出；短脉冲以四个为一组构成一个脉冲组；

3.衰减器(ATT)将脉冲强度衰减到最优值；

4.脉冲组进入光开关，光开关在FPGA中预置随机数的控制下随机将编码后光脉冲组(以下也简称脉冲组)输入X基矢测量装置或Z基矢测量装置；进行X测量的次数m_x由参数优化给出。

5.X基矢测量装置和Z基矢测量装置分别测量入射的脉冲组(具体见下述)；X基矢的测量结果作为检测数据而Z基矢的数据作为原始数据；

6.测量结果传输到FPGA中；根据检测数据计算原始数据中量子随机数的长度，利用预先烧录FPGA中的Toeplitz-Hashing程序对原始数据进行提取后输出；输出的即为量子随机数；输出的随机数中留下相应部分用于下次控制光开关进行测量装置选择，而其余部分直接输出。

对于X基矢调制，两个激光器的驱动电压如图4所示，图中电压0对应于两个激光器的阈值电压。长脉冲的驱动电压中有三个小幅度的电压扰动：ΔU₁，ΔU₂和ΔU₃；长脉冲在扰动电压的两侧将会有相应的相位差；通过调节这三个扰动电压的大小，可以调节相应的相位差；在X基矢调制中，该相位差由需要调制的X基矢的本征态来确定；同时在三个扰动电压分隔成的四个区间内，脉冲生成激光器有相应的4个等强度等时间间隔的驱动电压来驱动激光器生成4个等时间间隔的短脉冲，而短脉冲的相对相位即为对应长脉冲区间的相对相位；本实施例中优选将脉冲组调制到|f₀>，此时四个短脉冲之间的相对相位差均为0，即ΔU₁＝ΔU₂＝ΔU₃＝0无需任何电压扰动。

另外相位准备激光器还可以生成连续激光注入脉冲生成激光器中，而脉冲生成激光器的情况不变；两个激光器的驱动电压参见图5，此时相位准备激光器的驱动电压恒定，输出连续脉冲，其余情况和输出长脉冲时相同。优选将脉冲组调制到|f₀>，此时四个短脉冲之间的相对相位差均为0，即ΔU₁＝ΔU₂＝ΔU₃＝0，无需施加任何电压扰动。

关于X基矢测量装置可以采用以下两种结构，参见图6和图7。

图6所示的装置：由三个延时干涉仪和四个单光子探测器构成；第一个干涉仪由光纤延时线1和两个分束器构成(BS1和BS2)，延时线1的延时时间为2τ；第二个干涉仪由光纤延时线2和两个分束器构成(BS3和BS4)，延时线2的延时时间为τ；第三个干涉仪由延时线3、相位调制器(PM)和两个分束器构成(BS5和BS6)，延时线3的延时时间为τ且PM进行固定的π/2的相位调制；X基矢的测量结果取决于4个探测器(X₁～X₄)在第3时间间隔的响应，某个探测器X_i在该时间间隔内有响应，则表明接收到的量子态为|f_i>。

图7所示的装置：由三个延时干涉仪、三个光纤环形器(C1～C3)和四个单光子探测器(D0～D3)构成；

第一个干涉仪由一个分束器(BS1)、两个法拉第反射镜(FM1和FM2)和延时线1组成，延时线1的延时时间为τ；

第二个延时干涉仪由一个分束器(BS2)、两个法拉第反射镜(FM3和FM4)和延时线2组成，延时线2的延时时间为τ/2；

第三个延时干涉仪由一个分束器(BS3)、两个法拉第反射镜(FM5和FM6)、相位调制器(PM)和延时线3组成，延时线3的延时时间为τ/2。

X基矢的测量结果取决于4个探测器在第3时间间隔的响应，某个探测器X_i在该时间间隔内有响应，则表明接收到的量子态为|f_i>。

对于Z基矢测量装置，可以采用以下两种结构，参见图8。

第一种结构由图8中(a)部分所示，仅由一个单光子探测器构成。其将探测每个脉冲组对应的四个时间间隔，若只有一个时间间隔响应，该结果即为测量结果。若有多个时间间隔响应，则随机选取一个响应作为结果。

第二种结构由图8中(b)部分所示，其由四个单光子探测器和一个1:4的光纤耦合器构成；光纤耦合器将入射脉冲均分为4路脉冲并输入相应的探测器，而每个探测器仅需要探测指定的时间间隔，如第0探测器仅需探测第0时间间隔的情况。同样，若有多个探测器响应，则随机选取一个响应作为结果。

实施例2

参见图9，在本实施例中，采用非平衡分束器(BS)进行被动测量；BS的透射率和反射率与Z基矢调制和X基矢调制几率相同；BS将入射的脉冲组分束为两组，透射脉冲组进入Z基矢测量装置而反射脉冲组进入X基矢测量装置。由于采用被动测量，此时无需额外随机数进行测量装置选择且具体的分束比由参数优化给出。本实施例其余装置和步骤和实施例1相同，故不再详述。

实施例3

参见图10，在本实施例的发送模块中，采用激光器发出的连续激光经强度调制器(IM)调制后输出短脉冲序列；脉冲序列中连续四个短脉冲构成一个脉冲组，相位调制器(PM)将每个脉冲组调制到预先选定的一个X基矢的本征态。本实施例的其余装置和步骤与实施例1相同，故不再详述。

实施例4

参见图11，在本实施例中，非平衡分束器(BS)替代实施例3中的光开关，实现被动测量；实施例的其余装置和步骤与实施例3相同，故不再详述。

以上公开的仅为本实用新型的实施例，但是本实用新型并非局限于此，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。显然这些改动和变型均应属于本实用新型要求的保护范围保护内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何特殊限制。

Claims (13)

1.一种源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，包括采用高维时间编码方式获得并输出编码后光脉冲组的发送模块以及接收所述编码后光脉冲组的接收模块，所述接收模块包括：

测量选择装置，用于将来自发送模块的编码后光脉冲组随机输入X或Z基矢测量装置；

X基矢测量装置，用于接收测量选择装置的其中一路输出并进行X基矢测量；

Z基矢测量装置，用于接收测量选择装置的另外一路输出并进行Z基矢测量；

后处理装置，用于接收X基矢测量装置以及Z基矢测量装置的测量结果并提取输出相应的量子随机数。

2.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述发送模块采用相位调制光源，在该相位调制光源中以内调制的方式进行X基矢调制，获得所述编码后光脉冲组。

3.如权利要求2所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述相位调制光源包括相位准备激光器和脉冲产生激光器，发送模块中还设有光纤环形器以及衰减器；

所述相位准备激光器产生的长脉冲输入光纤环形器的第一端口并经过光纤环形器的第二端口进入脉冲产生激光器，所述脉冲产生激光器产生的编码后光脉冲组输入光纤环形器的第二端口并经过光纤环形器的第三端口输出至衰减器，衰减器将编码后光脉冲组强度衰减至最优值后输出至接收模块。

4.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述发送模块包括沿光路依次布置的：

激光器，发出连续光脉冲；

强度调制器，对所述连续光脉冲进行强度调制后输出短脉冲序列；

相位调制器，用于对所述短脉冲序列中连续d个短脉冲构成的脉冲组进行相位调制输出所述编码后光脉冲组，以完成X基矢调制，其中d为编码维度；

衰减器，用于将编码后光脉冲组强度衰减至最优值。

5.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述测量选择装置采用光开关，该光开关接入并受控于所述后处理装置。

6.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述测量选择装置采用非平衡分束器。

7.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述X基矢测量装置包括干涉模块以及数量与编码维度相应的单光子探测器，各单光子探测器分别探测相应干涉结果。

8.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，干涉模块包括一个或多个干涉单元，每个干涉单元中包括两分束器以及延时线；入射至各干涉单元的编码后光脉冲组经由第一分束器后分为两路，其中一路经延时线后与另一路在第二分束器发生干涉并输出。

9.如权利要求1所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，干涉模块包括一个或多个干涉单元，每个干涉单元中包括分束器、延时线以及两个法拉第旋转镜；入射至各干涉单元的编码后光脉冲组经由分束器后分为两路，其中一路进入一法拉第旋转镜，另一路经延时线后进入另一法拉第旋转镜；再分别由对应的法拉第旋转镜反射后沿各自的原路径返回分束器发生干涉并输出。

10.如权利要求8或9所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，光脉冲编码维度为4。

11.如权利要求10所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，所述干涉单元逐级分布，前一级干涉单元输出两路干涉信号，后一级干涉单元每两个为一组，分别接收前一级干涉单元输出的两路干涉信号；

X基矢探测模块中的各单光子探测器分别接收最末级干涉单元的输出。

12.如权利要求11所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，干涉模块包括：

第一干涉单元，进入X基矢测量模块的编码后光脉冲组在第一干涉单元发生干涉，并输出第一光信号和第二光信号；

第二干涉单元，接收第一光信号并发生干涉，干涉后输出第三光信号和第四光信号；

第三干涉单元，接收第二光信号并发生干涉，干涉后输出第五光信号和第六光信号；

X基矢测量模块中单光子探测器的数量为四个，分别接收探测所述第三光信号、第四光信号、第五光信号和第六光信号；

第二干涉单元和第三干涉单元中，其中一者的短臂或长臂上设有相位调制器。

13.如权利要求12所述的源无关高维时间编码的量子随机数发生器，其特征在于，还设有第一光纤环形器，进入X基矢测量模块的编码后光脉组经由该第一光纤环形器进入第一干涉单元，所述第一光信号经由该第一光纤环形器进入第二干涉单元；

还设有第二光纤环形器，所述第一光信号经由第二光纤环形器进入第二干涉单元；第三光信号和第四光信号中一者直接进入对应的单光子探测器，另一者经由第二光纤环形器进入对应的单光子探测器；

还设有第三光纤环形器，所述第二光信号依次经由第一光纤环形器和第三光纤环形器进入第三干涉单元；第五光信号和第六光信号中一者直接进入对应的单光子探测器，另一者经由第三光纤环形器进入对应的单光子探测器。