JP2003167729A - 乱数発生器 - Google Patents
乱数発生器Info
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- JP2003167729A JP2003167729A JP2001366740A JP2001366740A JP2003167729A JP 2003167729 A JP2003167729 A JP 2003167729A JP 2001366740 A JP2001366740 A JP 2001366740A JP 2001366740 A JP2001366740 A JP 2001366740A JP 2003167729 A JP2003167729 A JP 2003167729A
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- maintaining optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ４進、８進等の４ｎ倍（ｎ＝１、２、３、・
・・・）の単一光子経路選択と光子検出による乱数発生
を簡単、容易に行うことができる乱数発生器を提供する
ことである。 【解決手段】 乱数発生器において、２本の偏波保存光
ファイバを偏波保存光ファイバカップラにより必要数直
列に連結して光路長がすべての経路で異なるように設定
し、その光路の終端に単一光子検出器とその出力に基づ
き時間を測定する計時手段を設けること。
・・・）の単一光子経路選択と光子検出による乱数発生
を簡単、容易に行うことができる乱数発生器を提供する
ことである。 【解決手段】 乱数発生器において、２本の偏波保存光
ファイバを偏波保存光ファイバカップラにより必要数直
列に連結して光路長がすべての経路で異なるように設定
し、その光路の終端に単一光子検出器とその出力に基づ
き時間を測定する計時手段を設けること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、計算機シュミレー
ション分野、暗号化を必要とする通信・情報処理分野、
データ消去を必要とするコンピュータ関連分野、等で必
要とする乱数発生器に関し、特に単一光子経路選択と光
子検出による乱数発生器に関する。
ション分野、暗号化を必要とする通信・情報処理分野、
データ消去を必要とするコンピュータ関連分野、等で必
要とする乱数発生器に関し、特に単一光子経路選択と光
子検出による乱数発生器に関する。
【０００２】
【従来技術】図３は従来の２進の乱数発生器の構成図で
ある。従来の技術を示す国際公開第９８／１６００８号
パンフレットは、図３に示すように、λ／２プレート
（半波長板）を介して入力された光子は、偏光ビームス
プリッタを介していずれかの検出器で検出されるように
構成されている。この例は２進の乱数発生器として開示
されている。単一光子経路選択と光子検出による乱数発
生が２進の乱数発生に限定されていた。従って、この例
は、光子１個につき１ビットの乱数しか発生できなかっ
た。また、単一光子検出器も２台必要であった。
ある。従来の技術を示す国際公開第９８／１６００８号
パンフレットは、図３に示すように、λ／２プレート
（半波長板）を介して入力された光子は、偏光ビームス
プリッタを介していずれかの検出器で検出されるように
構成されている。この例は２進の乱数発生器として開示
されている。単一光子経路選択と光子検出による乱数発
生が２進の乱数発生に限定されていた。従って、この例
は、光子１個につき１ビットの乱数しか発生できなかっ
た。また、単一光子検出器も２台必要であった。
【０００３】従来の技術を示す国際公開第９９／６６６
４１号のパンフレットでは二光子干渉を利用するもので
あり、単一光子経路選択を利用する。本発明とは原理的
に異なる。この場合も、乱数発生が２進の乱数発生に限
定されていた。従来の技術を示す国際公開第９８／５８
３０９号のパンフレット、国際公開第２０００／５５７
０６号のパンフレットは、光子統計を乱数生成に利用す
るものであるが、単一光子経路選択を利用する本発明と
は原理的に異なる。
４１号のパンフレットでは二光子干渉を利用するもので
あり、単一光子経路選択を利用する。本発明とは原理的
に異なる。この場合も、乱数発生が２進の乱数発生に限
定されていた。従来の技術を示す国際公開第９８／５８
３０９号のパンフレット、国際公開第２０００／５５７
０６号のパンフレットは、光子統計を乱数生成に利用す
るものであるが、単一光子経路選択を利用する本発明と
は原理的に異なる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、単一
光子経路選択と光子検出による乱数発生が２進の例であ
り、４進以上の乱数発生のためには例えば前記図３の装
置が多数必要となり、全体の構成が大がかりなものとな
って実用的でなかった。本発明の目的は、上記従来例の
問題点に鑑み、単一光子経路選択と光子検出による４
進、８進等の２のｎ乗進（ｎ＝２、３、・・・・）の乱
数発生を簡単、容易に行うことができる乱数発生器を提
供することである。
光子経路選択と光子検出による乱数発生が２進の例であ
り、４進以上の乱数発生のためには例えば前記図３の装
置が多数必要となり、全体の構成が大がかりなものとな
って実用的でなかった。本発明の目的は、上記従来例の
問題点に鑑み、単一光子経路選択と光子検出による４
進、８進等の２のｎ乗進（ｎ＝２、３、・・・・）の乱
数発生を簡単、容易に行うことができる乱数発生器を提
供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、以下の解決手段を採用する。 （１）乱数発生器において、２本の偏波保存光ファイバ
を偏波保存光ファイバカップラにより必要数直列に連結
して光路長がすべての経路で異なるように設定し、その
光路の終端に単一光子検出器とその出力に基づき時間を
測定する計時手段を設けること。 （２）上記（１）記載の乱数発生器において、上記偏波
保存光ファイバカップラを、偏波面を保持した状態で分
岐比を任意に設定した光子分配器とすること。 （３）上記（２）記載の乱数発生器において、上記分岐
比を５０／５０としたこと。
決するために、以下の解決手段を採用する。 （１）乱数発生器において、２本の偏波保存光ファイバ
を偏波保存光ファイバカップラにより必要数直列に連結
して光路長がすべての経路で異なるように設定し、その
光路の終端に単一光子検出器とその出力に基づき時間を
測定する計時手段を設けること。 （２）上記（１）記載の乱数発生器において、上記偏波
保存光ファイバカップラを、偏波面を保持した状態で分
岐比を任意に設定した光子分配器とすること。 （３）上記（２）記載の乱数発生器において、上記分岐
比を５０／５０としたこと。
【０００６】（４）上記（１）または（２）記載の乱数
発生器において、上記偏波保存光ファイバおよび上記偏
波保存光ファイバカップラは光路長が経路毎に同じ値を
とらないように構成されていること。 （５）乱数発生器において、２本の偏波保存光ファイバ
を並置した１段のユニットを乱数発生の進数に応じて必
要段数直列に配置して光路長をすべての経路で異なるよ
うに設定し、最終段を除いて各段の前記２本の偏波保存
光ファイバ毎にその端部に分岐比を任意に設定した偏波
保存光ファイバカップラを連結し、最終段のユニットの
前記両偏波保存光ファイバに偏光ビームスプリッタを設
け、該偏光ビームスプリッタに対向して単一光子検出器
を設け、該単一光子検出器の出力を受けて単一光子の到
着時間を計測する計時手段とこの計時手段の計時出力に
基づいて乱数を発生する演算手段を設けたことを特徴と
する乱数発生器。 （６）上記（５）記載の乱数発生器において、光子入射
経路上にシャッターを設け、前記計時手段でシャッター
の開閉時間から光子入射時間を計測すること。
発生器において、上記偏波保存光ファイバおよび上記偏
波保存光ファイバカップラは光路長が経路毎に同じ値を
とらないように構成されていること。 （５）乱数発生器において、２本の偏波保存光ファイバ
を並置した１段のユニットを乱数発生の進数に応じて必
要段数直列に配置して光路長をすべての経路で異なるよ
うに設定し、最終段を除いて各段の前記２本の偏波保存
光ファイバ毎にその端部に分岐比を任意に設定した偏波
保存光ファイバカップラを連結し、最終段のユニットの
前記両偏波保存光ファイバに偏光ビームスプリッタを設
け、該偏光ビームスプリッタに対向して単一光子検出器
を設け、該単一光子検出器の出力を受けて単一光子の到
着時間を計測する計時手段とこの計時手段の計時出力に
基づいて乱数を発生する演算手段を設けたことを特徴と
する乱数発生器。 （６）上記（５）記載の乱数発生器において、光子入射
経路上にシャッターを設け、前記計時手段でシャッター
の開閉時間から光子入射時間を計測すること。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の基本的な実施の形態につ
いて以下詳細に説明する。本発明の乱数発生器は、２本
の偏波保存光ファイバを並置した１段のユニットを乱数
発生の進数に応じて必要段数直列に配置し、最終段を除
いて各段の前記２本の偏波保存光ファイバ毎にその端部
に分岐比を任意に設定した偏波保存光ファイバカップラ
を連結し、最終段のユニットの前記両偏波保存光ファイ
バに偏光ビームスプリッタを設け、該偏光ビームスプリ
ッタに対向して単一光子検出器を設け、該単一光子検出
器の出力を受けて単一光子の到着時間を計測する計時手
段とこの計時手段の計時出力に基づいて乱数を発生する
演算手段を設けて構成する。単一光子が通過する経路を
構成する偏波保存光ファイバは、発生させる乱数の進数
に応じて、例えば、４進乱数発生なら４本（２本×２ユ
ニット）、８進乱数発生なら６本（２本×３ユニット）
必要とする。
いて以下詳細に説明する。本発明の乱数発生器は、２本
の偏波保存光ファイバを並置した１段のユニットを乱数
発生の進数に応じて必要段数直列に配置し、最終段を除
いて各段の前記２本の偏波保存光ファイバ毎にその端部
に分岐比を任意に設定した偏波保存光ファイバカップラ
を連結し、最終段のユニットの前記両偏波保存光ファイ
バに偏光ビームスプリッタを設け、該偏光ビームスプリ
ッタに対向して単一光子検出器を設け、該単一光子検出
器の出力を受けて単一光子の到着時間を計測する計時手
段とこの計時手段の計時出力に基づいて乱数を発生する
演算手段を設けて構成する。単一光子が通過する経路を
構成する偏波保存光ファイバは、発生させる乱数の進数
に応じて、例えば、４進乱数発生なら４本（２本×２ユ
ニット）、８進乱数発生なら６本（２本×３ユニット）
必要とする。
【０００８】初段の偏波保存光ファイバの入力端から最
終段の偏波保存光ファイバの出力端までの光路長は経路
毎にすべて異なるように設定する経路をランダムに選択
した単一光子はその経路の光路長に応じた時間後に単一
光子検出器によって検出される。単一光子検出器の検出
出力は計時手段、例えば時計、に入力され、計時手段に
よって前記経路に入ってから出るまでの時間を計測す
る。この時間は演算手段によって乱数に変換される。経
路選択には、偏波保持光ファイバカップラと偏波保持光
ファイバを組み合わせて構成する。単一光子検出器には
アバランシェフオトダイオード又は光電子増倍管を使用
する。光子到着時間測定に時計等の計時手段を使用す
る。
終段の偏波保存光ファイバの出力端までの光路長は経路
毎にすべて異なるように設定する経路をランダムに選択
した単一光子はその経路の光路長に応じた時間後に単一
光子検出器によって検出される。単一光子検出器の検出
出力は計時手段、例えば時計、に入力され、計時手段に
よって前記経路に入ってから出るまでの時間を計測す
る。この時間は演算手段によって乱数に変換される。経
路選択には、偏波保持光ファイバカップラと偏波保持光
ファイバを組み合わせて構成する。単一光子検出器には
アバランシェフオトダイオード又は光電子増倍管を使用
する。光子到着時間測定に時計等の計時手段を使用す
る。
【０００９】（第１実施例）図１は本発明の４進の乱数
発生器の構成図である。図１に単一光子の経路選択と光
子検出による４進の乱数発生器を示す。乱数発生器の構
成は、光子の経路順に、光子の通路を開閉するシャッタ
ー１４，偏波保持光ファイバ１５、偏波保持光ファイバ
カップラ１、偏波保持光ファイバ２および３、偏波保持
光ファイバカップラ４、偏波保持光ファイバ５および
６、偏光ビームスプリッタ７，単一光子検出器８、計時
手段９、演算手段１３からなる。偏波保持光ファイバ３
および６は、光路長を変えるために複数回巻回したルー
プ（迂回路）を有する。
発生器の構成図である。図１に単一光子の経路選択と光
子検出による４進の乱数発生器を示す。乱数発生器の構
成は、光子の経路順に、光子の通路を開閉するシャッタ
ー１４，偏波保持光ファイバ１５、偏波保持光ファイバ
カップラ１、偏波保持光ファイバ２および３、偏波保持
光ファイバカップラ４、偏波保持光ファイバ５および
６、偏光ビームスプリッタ７，単一光子検出器８、計時
手段９、演算手段１３からなる。偏波保持光ファイバ３
および６は、光路長を変えるために複数回巻回したルー
プ（迂回路）を有する。
【００１０】前記偏波保持光ファイバ１５から偏向ビー
ムスプリッタ７までの光路は一体に形成される。単一光
子検出器８は偏向ビームスプリッタ７を介して到着光子
を検出し、計時手段９は単一光子検出器８の出力による
到着時間を検出する。演算手段１３は、計時手段からの
時間情報に基づき単一光子が前記光路を通り抜ける所要
時間を求め、その所要時間に応じて経路を決定し、経路
に応じて乱数を発生する。
ムスプリッタ７までの光路は一体に形成される。単一光
子検出器８は偏向ビームスプリッタ７を介して到着光子
を検出し、計時手段９は単一光子検出器８の出力による
到着時間を検出する。演算手段１３は、計時手段からの
時間情報に基づき単一光子が前記光路を通り抜ける所要
時間を求め、その所要時間に応じて経路を決定し、経路
に応じて乱数を発生する。
【００１１】（動作）シャッター１４を開けて単一光子
を偏波保存光ファイバ１５に入射する。偏波保存光ファ
イバ１５を通過した光子は、次に、偏波保存光ファイバ
カップラ１を通過する際、偏波保存光ファイバ２または
３のいずれかの経路を選択する。このときの経路選択
は、偏波保存光ファイバカップラの分岐比の選択によっ
て偏るが、例えば、偏波面を保持した状態で分岐比を５
０／５０に設定すると、毎回１／２の確率で経路選択さ
れる。この例では、偏波面を保持した状態で分岐比を５
０／５０に設定した例で説明する。偏波保存光ファイバ
カップラ１で偏波保存光ファイバ２又は３を確率１／２
で経路選択する。同様に、単一光子は分岐比が５０／５
０に設定されている偏波保存光ファイバカップラ４で偏
波保存光ファイバ５又は６を確率１／２で経路選択す
る。
を偏波保存光ファイバ１５に入射する。偏波保存光ファ
イバ１５を通過した光子は、次に、偏波保存光ファイバ
カップラ１を通過する際、偏波保存光ファイバ２または
３のいずれかの経路を選択する。このときの経路選択
は、偏波保存光ファイバカップラの分岐比の選択によっ
て偏るが、例えば、偏波面を保持した状態で分岐比を５
０／５０に設定すると、毎回１／２の確率で経路選択さ
れる。この例では、偏波面を保持した状態で分岐比を５
０／５０に設定した例で説明する。偏波保存光ファイバ
カップラ１で偏波保存光ファイバ２又は３を確率１／２
で経路選択する。同様に、単一光子は分岐比が５０／５
０に設定されている偏波保存光ファイバカップラ４で偏
波保存光ファイバ５又は６を確率１／２で経路選択す
る。
【００１２】偏波保存光ファイバ２、３、５、６の長さ
をＬ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６とすれば、単一光子が選択す
る経路はＬ２＋Ｌ５、Ｌ２＋Ｌ６、Ｌ３＋Ｌ５、Ｌ３＋
Ｌ６の４種類となるが、選択確率は偏波保存光ファイバ
カップラ１と４の分岐比が５０／５０であるから、それ
ぞれ、相等しく１／４となる。このとき、 Ｌ２＋Ｌ５＜Ｌ２＋Ｌ６＜Ｌ３＋Ｌ５＜Ｌ３＋Ｌ６ （１） となるように各偏波保存光ファイバ長さを調整すれば、
４経路で光路長が異なるために光子の単一光子検出器８
到達時間も異なることになる。計時手段９でシャッター
開閉時間から光子入射時間を測定し、単一光子検出器８
と前記計時手段９で光子の到着時間を測定し、演算手段
１３によって光子の入射時間と到着時間の差を求め、経
路と所用時間との対応関係から、単一光子がどの経路を
通過してきたかを判別し、その経路に応じて乱数を発生
する。
をＬ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６とすれば、単一光子が選択す
る経路はＬ２＋Ｌ５、Ｌ２＋Ｌ６、Ｌ３＋Ｌ５、Ｌ３＋
Ｌ６の４種類となるが、選択確率は偏波保存光ファイバ
カップラ１と４の分岐比が５０／５０であるから、それ
ぞれ、相等しく１／４となる。このとき、 Ｌ２＋Ｌ５＜Ｌ２＋Ｌ６＜Ｌ３＋Ｌ５＜Ｌ３＋Ｌ６ （１） となるように各偏波保存光ファイバ長さを調整すれば、
４経路で光路長が異なるために光子の単一光子検出器８
到達時間も異なることになる。計時手段９でシャッター
開閉時間から光子入射時間を測定し、単一光子検出器８
と前記計時手段９で光子の到着時間を測定し、演算手段
１３によって光子の入射時間と到着時間の差を求め、経
路と所用時間との対応関係から、単一光子がどの経路を
通過してきたかを判別し、その経路に応じて乱数を発生
する。
【００１３】この実施例の場合、経路選択確率は１／４
なので４進の一様な乱数（各乱数値の発生確率が等し
い）が発生することになる。但し、謝って同時に２つの
経路が選択された場合、例えば所定時間内に２出力を検
出した場合、この出力は削除する。尚、偏波保存光ファ
イバ５、６の出射口では単一光子の偏波を調整して偏向
ビームスプリッタ７を透過・反射した単一光子が全部単
一光子検出器８に入射するようにする。上記第１実施例
では、全ての光ファイバカップラと光ファイバを偏波保
持光ファイバと偏波保持光ファイバカップラとしたが、
偏波保持でない光ファイバカップラと光ファイバでも偏
波制御器を使用することによって同様の４進乱数発生を
行うことができる。
なので４進の一様な乱数（各乱数値の発生確率が等し
い）が発生することになる。但し、謝って同時に２つの
経路が選択された場合、例えば所定時間内に２出力を検
出した場合、この出力は削除する。尚、偏波保存光ファ
イバ５、６の出射口では単一光子の偏波を調整して偏向
ビームスプリッタ７を透過・反射した単一光子が全部単
一光子検出器８に入射するようにする。上記第１実施例
では、全ての光ファイバカップラと光ファイバを偏波保
持光ファイバと偏波保持光ファイバカップラとしたが、
偏波保持でない光ファイバカップラと光ファイバでも偏
波制御器を使用することによって同様の４進乱数発生を
行うことができる。
【００１４】不等式（１）が成り立つためには、例え
ば、Ｌ２＝１ｍ、Ｌ３＝２１ｍ、Ｌ５＝１ｍ、Ｌ６＝１
１ｍとすればよい。また、偏波保持ファイバカップラの
分岐比を５０／５０から変更することによって、一様で
ない乱数（各乱数値の発生確率が異なる）も発生でき
る。８進や１６進等の乱数発生も光ファイバカップラと
光ファイバを追加することによって達成できる。 （第２実施例）図２は本発明の８進の乱数発生器の構成
図である。図２に、８進の乱数発生器を示すが、偏波保
存光ファイバカップラ１０と偏波保存光ファイバ１１、
１２が追加されている。それ以外の構成は図１で示した
とおりである。
ば、Ｌ２＝１ｍ、Ｌ３＝２１ｍ、Ｌ５＝１ｍ、Ｌ６＝１
１ｍとすればよい。また、偏波保持ファイバカップラの
分岐比を５０／５０から変更することによって、一様で
ない乱数（各乱数値の発生確率が異なる）も発生でき
る。８進や１６進等の乱数発生も光ファイバカップラと
光ファイバを追加することによって達成できる。 （第２実施例）図２は本発明の８進の乱数発生器の構成
図である。図２に、８進の乱数発生器を示すが、偏波保
存光ファイバカップラ１０と偏波保存光ファイバ１１、
１２が追加されている。それ以外の構成は図１で示した
とおりである。
【００１５】（動作）前記第１実施例と比べ、偏波保存
光ファイバカップラ１０と偏波保存光ファイバ１１、１
２が追加された分だけ経路の組み合わせが多くなる。そ
こで、偏波保存光ファイバ２、３、５、６の長さを図１
と同じようにＬ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６として、新たに加
えた偏波保存光ファイバ１１、１２の長さをＬｌｌ、Ｌ
１２とすれば、単一光子が選択する経路はＬ２＋Ｌ５＋
Ｌｌｌ、Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ、Ｌ
３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１２、Ｌ２＋Ｌ６＋
Ｌ１２、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ１２、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌ１２の８
種類となる。例えば、Ｌ２＝１ｍ、Ｌ３＝２１ｍ、Ｌ５
＝１ｍ、Ｌ６＝１１ｍ、Ｌｌｌ＝１ｍ、Ｌ１２＝５ｍ
とすればよい。このとき、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＝３ｍ、
Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＝１３ｍ、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＝２
３ｍ、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＝３３ｍ、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１
２＝７ｍ、Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１２＝１７ｍ、Ｌ３＋Ｌ５＋
Ｌ１２＝２７ｍ、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌ１２＝３７ｍとなるの
で Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＜Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１２＜Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＜Ｌ２＋Ｌ６＋ Ｌ１２＜Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＜Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ１２＜Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＜Ｌ３ ＋Ｌ６＋Ｌ１２ （２） となり、８経路で光路長が異なるために光子の検出器到
達時間も異なることになる。
光ファイバカップラ１０と偏波保存光ファイバ１１、１
２が追加された分だけ経路の組み合わせが多くなる。そ
こで、偏波保存光ファイバ２、３、５、６の長さを図１
と同じようにＬ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６として、新たに加
えた偏波保存光ファイバ１１、１２の長さをＬｌｌ、Ｌ
１２とすれば、単一光子が選択する経路はＬ２＋Ｌ５＋
Ｌｌｌ、Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ、Ｌ
３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１２、Ｌ２＋Ｌ６＋
Ｌ１２、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ１２、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌ１２の８
種類となる。例えば、Ｌ２＝１ｍ、Ｌ３＝２１ｍ、Ｌ５
＝１ｍ、Ｌ６＝１１ｍ、Ｌｌｌ＝１ｍ、Ｌ１２＝５ｍ
とすればよい。このとき、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＝３ｍ、
Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＝１３ｍ、Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＝２
３ｍ、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＝３３ｍ、Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１
２＝７ｍ、Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌ１２＝１７ｍ、Ｌ３＋Ｌ５＋
Ｌ１２＝２７ｍ、Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌ１２＝３７ｍとなるの
で Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＜Ｌ２＋Ｌ５＋Ｌ１２＜Ｌ２＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＜Ｌ２＋Ｌ６＋ Ｌ１２＜Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌｌｌ＜Ｌ３＋Ｌ５＋Ｌ１２＜Ｌ３＋Ｌ６＋Ｌｌｌ＜Ｌ３ ＋Ｌ６＋Ｌ１２ （２） となり、８経路で光路長が異なるために光子の検出器到
達時間も異なることになる。
【００１６】このとき、前記第１実施例と同様に、計時
手段９でシャッター開閉時間から光子入射時間を測定
し、単一光子検出器８と前記計時手段９で光子の到着時
間を測定し、演算手段１３によって光子検出器１１で検
出した光子の入射時間と前記到着時間の差を求め、経路
と所用時間との対応関係から、単一光子がどの経路を通
過してきたかを判別し、その経路に応じて乱数を発生す
る。この実施例の場合、経路選択確率は１／８なので８
進の一様な乱数（各乱数値の発生確率が等しい）が発生
することになる。但し、謝って同時に２つの経路が選択
された場合、例えば所定時間内に２出力を検出した場
合、この出力は削除する。本発明は、単一光子経路選択
と光子検出による４進、８進等の乱数発生を可能にする
接術であり、発生効率を４進の場合、光子１個につき２
ビット、８進の場合、３ビットに改善することができ
る。
手段９でシャッター開閉時間から光子入射時間を測定
し、単一光子検出器８と前記計時手段９で光子の到着時
間を測定し、演算手段１３によって光子検出器１１で検
出した光子の入射時間と前記到着時間の差を求め、経路
と所用時間との対応関係から、単一光子がどの経路を通
過してきたかを判別し、その経路に応じて乱数を発生す
る。この実施例の場合、経路選択確率は１／８なので８
進の一様な乱数（各乱数値の発生確率が等しい）が発生
することになる。但し、謝って同時に２つの経路が選択
された場合、例えば所定時間内に２出力を検出した場
合、この出力は削除する。本発明は、単一光子経路選択
と光子検出による４進、８進等の乱数発生を可能にする
接術であり、発生効率を４進の場合、光子１個につき２
ビット、８進の場合、３ビットに改善することができ
る。
【００１７】（他の実施の態様）偏波保存光ファイバカ
ップラと偏波保存光ファイバを必要数組み合わせること
により任意の進数の乱数発生器を構成することができ
る。例えば、１６進、３２進乱数発生への変更も容易で
ある。
ップラと偏波保存光ファイバを必要数組み合わせること
により任意の進数の乱数発生器を構成することができ
る。例えば、１６進、３２進乱数発生への変更も容易で
ある。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、４進、８進等の任意進数の乱
数を簡単な構成により容易に発生させることができる。
特に、１６進、３２進乱数発生への変更も用意に行え
る。また、本発明は、分岐比を適宜設定することによ
り、個々の乱数の出現確率を任意に設定することができ
る。特に、分岐比を５０／５０に設定することにより、
すべて等しい乱数、即ち、一様な乱数を発生することが
できる。また、偏波保持光ファイバカップラの分岐比を
調節することで、個々の乱数の出現確率が異なる乱数、
即ち、一様でない乱数も発生することができる。経路を
複数本用意するときに、経路配置を工夫して、乱数発生
システムが容易に構成できるようにした。
数を簡単な構成により容易に発生させることができる。
特に、１６進、３２進乱数発生への変更も用意に行え
る。また、本発明は、分岐比を適宜設定することによ
り、個々の乱数の出現確率を任意に設定することができ
る。特に、分岐比を５０／５０に設定することにより、
すべて等しい乱数、即ち、一様な乱数を発生することが
できる。また、偏波保持光ファイバカップラの分岐比を
調節することで、個々の乱数の出現確率が異なる乱数、
即ち、一様でない乱数も発生することができる。経路を
複数本用意するときに、経路配置を工夫して、乱数発生
システムが容易に構成できるようにした。
【図１】本発明の４進の乱数発生器の構成図である。
【図２】本発明の８進の乱数発生器の構成図である。
【図３】従来の２進の乱数発生器の構成図である。
１、４ 偏波保存光ファイバカップラ
２、３、５、６ 偏波保存光ファイバ
７ 偏光ビームスプリッタ
８ 単一光子検出器
９ 計時手段
１０ 偏波保存光ファイバカップラ
１１、１２、１５ 偏波保存光ファイバ
１３ 演算手段
１４ シャッター
Claims (6)
- 【請求項１】 ２本の偏波保存光ファイバを偏波保存光
ファイバカップラにより必要数直列に連結して光路長が
すべての経路で異なるように設定し、その光路の終端に
単一光子検出器とその出力に基づき時間を測定する計時
手段を設けることを特徴とする乱数発生器。 - 【請求項２】 請求項１記載の乱数発生器において、上
記偏波保存光ファイバカップラを、偏波面を保持した状
態で分岐比を任意に設定した光子分配器とすることを特
徴とする乱数発生器。 - 【請求項３】 請求項２記載の乱数発生器において、上
記分岐比を５０／５０としたことを特徴とする乱数発生
器。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の乱数発生器にお
いて、上記偏波保存光ファイバおよび上記偏波保存光フ
ァイバカップラは光路長が経路毎に同じ値をとらないよ
うに構成されていることを特徴とする乱数発生器。 - 【請求項５】 ２本の偏波保存光ファイバを並置した１
段のユニットを乱数発生の進数に応じて必要段数直列に
配置して光路長をすべての経路で異なるように設定し、
最終段を除いて各段の前記２本の偏波保存光ファイバ毎
にその端部を分岐比を任意に設定した偏波保存光ファイ
バカップラで連結し、最終段のユニットの前記両偏波保
存光ファイバに偏光ビームスプリッタを設け、該偏光ビ
ームスプリッタに対向して単一光子検出器を設け、該単
一光子検出器の出力を受けて単一光子の到着時間を計測
する計時手段とこの計時手段の計時出力に基づいて乱数
を発生する演算手段を設けたことを特徴とする乱数発生
器。 - 【請求項６】 請求項５記載の乱数発生器において、光
子入射経路上にシャッターを設け、前記計時手段でシャ
ッターの開閉時間から光子入射時間を計測すること特徴
とする乱数発生器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001366740A JP3612564B2 (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 乱数発生器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001366740A JP3612564B2 (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 乱数発生器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003167729A true JP2003167729A (ja) | 2003-06-13 |
| JP3612564B2 JP3612564B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=19176594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001366740A Expired - Lifetime JP3612564B2 (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 乱数発生器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3612564B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7284024B1 (en) | 2003-02-07 | 2007-10-16 | Magiq Technologies, Inc. | Quantum noise random number generator |
| JP2010501125A (ja) * | 2006-04-20 | 2010-01-14 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 自己検証量子ランダムビット発生器 |
| CN113949507A (zh) * | 2020-07-17 | 2022-01-18 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 基于路径选择光路的量子真随机数生成方法 |
| CN114337842A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-04-12 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 偏振可编程多功能微波光子信号处理方法 |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001366740A patent/JP3612564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7284024B1 (en) | 2003-02-07 | 2007-10-16 | Magiq Technologies, Inc. | Quantum noise random number generator |
| JP2010501125A (ja) * | 2006-04-20 | 2010-01-14 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 自己検証量子ランダムビット発生器 |
| CN113949507A (zh) * | 2020-07-17 | 2022-01-18 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 基于路径选择光路的量子真随机数生成方法 |
| CN113949507B (zh) * | 2020-07-17 | 2023-11-17 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 一种基于路径选择光路的量子真随机数生成方法和装置 |
| CN114337842A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-04-12 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 偏振可编程多功能微波光子信号处理方法 |
| CN114337842B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-03-29 | 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 | 偏振可编程多功能微波光子信号处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3612564B2 (ja) | 2005-01-19 |
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