JP2020187761A - ミラーキャビティシステムにおける量子光学効果を利用した乱数の発生 - Google Patents

Abstract

【課題】動作条件または疑似ランダムアルゴリズムの必要性のない真の乱数を提供する。【解決手段】光学システム１００は、光学キャビティ１０４内に配置された複屈折媒体１１０を使用し、非コヒーレント又はコヒーレントである入力ビームを受信し、各キャビティトラバーサルに複屈折誘起ビーム細分化を生成することによって入力ビームからランダム化エネルギーを生成する。閾値数のビームトラバーサルが発生した後、ランダム化されたエネルギー分布が生成される。ランダム化されたエネルギー分布は、光検出器によって読み取られ、ランダム化処理装置１１６によって乱数に変換される。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６２／１２８，０８８号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて優先権利益を主張し、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
背景

本明細書で提供される背景説明は、本開示の文脈を一般的に提示するためのものである。本発明者らの作業は、この背景技術の項に記載されている限りにおいて、出願時に先行技術として認められなかった説明の態様と同様に、明示的にも黙示的にも、本開示に対する先行技術として認められない。

乱数の使用は、コンピュータサイエンス及び情報技術の分野ではほぼ普遍的である。乱数は、敏感なメッセージを暗号化して、宝くじなどのゲームアプリケーションのために、かつ科学及び通信における他のアプリケーションのホストのために、実際のランダム化されたイベント（科学的計算及びウォールストリートによる消費者行動のモデリングとして使用されるＭｏｎｔｅ−Ｃａｒｌｏシミュレーションとしても既知である）を模倣したシミュレーションを作り出すために使用される。従来の乱数発生器（ＲＮＧ）装置は、初期数を生成するために様々な電子的及び光学的ノイズを利用してきた。多くの場合、プロセスは、これらの初期数値が最終的にランダムビットを生成する数学的アルゴリズムの「種」のみを提供するほど極めて遅い。しかしながら、これらのランダムビットは、システム設計における基本的な制限のために擬似ランダムでしかない。

現在、乱数を生成する光学システムが、光学ノイズを使用することによってそれを行う。しかしながら、従来の設計におけるノイズ源、例えば、光ビームスプリッタを通過する単一光子によるノイズは、温度及び外部条件による著しい変動を示し、多くの場合、ＤＣ信号の減算が必要となる。これは、多くのＲＮＧが、低い光子カウントレート、または典型的に所望の効果よりも大きい桁数である非ランダムバックグラウンドのフィルタリングのために、有意な数のゼロビットを補正する回路（Ｖｏｎ Ｎｅｕｍａｎ補正器）でのみ有用であることを意味する。このようなＲＮＧ装置はまた、システムが、ノイズレベルがいくつかの閾値を上回って上昇するのを待たなければならないので、低速を示すことがある。

電子装置がより高速でより安価で動作が並列になるにつれ、動作条件または疑似ランダムアルゴリズムの必要性のない真の乱数を生成することに大きな関心が集まっている。

本技術は、従来のＲＮＧに関連する多数の欠点を克服する技術であるランダムビットを生成する代替技術を提供する。本技術は、最初は非常にコヒーレントであり、非常に低いノイズ（例えば、レーザ源）を示し、複屈折媒体との繰り返し相互作用によってランダム化された光出力を発生するビーム源を使用する。装置は、光の出力がノイズを示す結果となる「混合量子状態」（複屈折媒体の軸に対して）を維持しながら、光の偏光状態を回転させるために使用することができる。この強化されたノイズ、ランダムビーム出力は、単一のセルまたは画素化された光検出器によって読み取られ得る。各画素は、明確に異なる組のランダム化されたエネルギー変動を経験し、それによって本質的にランダムかつ並列のビットストリームを与える。

いくつかの例では、光学遅延またＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ設定のいずれかを含むミラーキャビティを使用することができる。キャビティは、偏光回転素子とともに、キャビティ内の複屈折材料を通って前後に光を反射する。これは、キャビティを通過する際に、キャビティ内のビームを材料の複屈折軸に対してその偏光軸に従って（平行及び垂直の方向に沿って）連続的に細分化するようにさせる。ビームが細分化されるにつれて、各新しい区画に関連するエネルギーは、各先行区画のエネルギーの半分である。このような低減は、光子の数（キャビティに入る光に関連する不可分のエネルギー単位）が１より大きい限り継続することができる。統計的限界、すなわち、全入力ビームエネルギーを取り、単一光子のエネルギーで除算することによって決定される限界［Ｅ＝（ｈω／２π）］に達すると、キャビティ内の光子は、それぞれランダム横断運動量を獲得するようにランダムに進む。このランダムウォーキングから、装置は、その後、光検出器によって測定されるランダム化されたエネルギー分布を生成する。

他の例では、キャビティ構成は、複層複屈折構造で置き換えて、シングルパスランダム化システムを作成する。そのような例では、複屈折構造は、複数の当接層から形成され、各後続層は、前の入射層とミスアライメントされた複屈折軸を有する。このような構成では、光は、各表面を同様に分割し、次の層でさらなる分割が生じるように、次の層に対して回転状態にあり、最終的には、構造体からランダム化されたエネルギーを生成する分岐が生じる。

実施例によれば、ランダム化発生光学システムは、第１のミラー及び第２のミラーで形成された光学キャビティであって、第１のミラーが、ビーム源からビームをキャビティ内に受信するように構成され、第１のミラー及び第２のミラーが、キャビティの複数の往復トラバーサルにわたってビームを伝播するように位置決めされている光学キャビティと、ビームを受信し、少なくとも各往復トラバーサルで新たな細分化されたビームを生成し、それにより、かつ複数の偏光子素子のうちの１つ以上によって誘起される極性選択または回転に応答してキャビティ内に増加する分岐ビームを形成するキャビティ内の複数の偏光素子と、光学キャビティ内に位置決めされた複屈折媒質であって、光学キャビティは、ランダム化閾値数の往復トラバーサルが発生した後、ランダム化されたエネルギーが、キャビティ内に生成されるように、キャビティ内のランダム化閾値数の往復トラバーサルの間、キャビティ内でビーム及び増加する分岐ビームを保持するように構成され、キャビティが、キャビティ内から生成されたランダム化されたエネルギーを放出するように構成される、キャビティ内の複数の偏光子素子、及び光学キャビティ内に位置決めされた複屈折媒体と、キャビティからランダム化されたエネルギーを受信し、ランダム化されたエネルギーを並列ランダム化出力信号に変換するように位置決めされた光検出器と、を備える。

別の実施例によれば、ランダム化を生成する方法は、ビーム源からビームを光学キャビティ内に受信することと、光学キャビティの複数の往復トラバーサルの光学キャビティ内のビームを保持することと、複屈折媒体に入射しているビームが追加のビームに細分化されて、前記キャビティ内で分岐ビームを集合的に形成するように、ビームを複屈折媒体及び複数の偏光子素子に通過させることにより、ビームを各往復トラバーサルに細分化することと、キャビティで閾値数の往復トラバーサルが発生するまで、キャビティ内に分岐ビームを保持し、その後、分岐ビームからキャビティ内にランダム化されたエネルギーが発生することと、ランダム化されたエネルギーを光検出器で検出することと、光検出器で検出されたランダム化されたエネルギーから並列ランダム化出力信号を生成することと、を含む。

添付の図面は、本開示に組み込まれ、本開示の一部を構成し、本装置の様々な実施形態を示す。これらの図面には、次が含まれる。

一実施例に従う、ランダム化を作成するための光学システムの概略図である。 別の実施例に従う、ランダム化を作成するための別の光学システムの概略図である。 一実施例に従う、ビームが、細分化のための複屈折媒体軸に対して「混合量子」状態を表す偏光を有するサンプル材料に入射する場合の、図１及び図２のような、複屈折サンプルを横断する際にビームが分割される様子が、示されている。 一実施例に従う、図１及び図２の光学システムにおいてビームを連続的に分割するビーム分岐処理を示す。 一実施例に従う、平面ミラーを使用したランダム化を生成する光学システムの概略図である。 別の実施例に従う、平面ミラーを使用したランダム化を生成する別の光学システムの概略図である。 一実施例に従う、光検出器上の２つの異なるランダム化されたエネルギー画素パターンを示す。 一実施例に従う、光検出器上の２つの異なるランダム化されたエネルギー画素パターンを示す。 一実施例に従う、セグメント化された偏光子から形成された複屈折媒体及び光学キャビティの概略図である。 一実施例に従う、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ構成を有するランダム化のための光学システムを示す。 一実施例に従う、ランダム化のための単一パスの光学システムを示す。

本技術は、最初にコヒーレントであってもなくてもよい入射光ビームからランダム化されたエネルギーまたは光出力を発生させるために複屈折を適用する。光複屈折現象は、材料が入射する電界の方向及び材料の原子構造の整列に応じて、入射する非偏光または偏光された光ビームを２つの明確に異なる状態に分割するときに生じる。複屈折材料は、「混合量子（偏光）状態」の単一光子を一方向または他方向にランダムに偏光させるビームスプリッタの形態の乱数発生器で既に使用されている。これらの装置は、１つの光子で動作する１ステージ装置であるため、大部分のコンピュータアプリケーションの場合のように、非常に大きなランダム化ビットストリームが必要なアプリケーションでは本質的に実用的ではない。さらに、この技法はしばしば高い割合のゼロビットを生成するため、一度に１つの光子のランダム化でさえ疑問の余地があり、これは補正されなければならない。

図１は、第１のキャビティミラー１０６及び第２のキャビティミラー１０８によって画定されるビーム源１０２及び光学キャビティ１０４を有する光学システム１００を示す。ビーム源１０２は、例として、アークランプ、フラッシュランプ、電気スパーク、無電極ランプ、エキシマランプ、蛍光ランプ、高輝度放電ランプ、ホロカソードランプ、誘導ランプ、ネオンランプ、アルゴンランプ、プラズマランプ、キセノンフラッシュランプ、様々なフィラメントまたはガスを使用するランプ、さらには太陽光などのような、非コヒーレントビーム源であってもよい。図示のものを含む他の例では、連続動作型（ＣＷ）またはパルス型（ｑ−スイッチ、モードロックまたはパルスポンピング）のいずれであっても、ビーム源１０２は、ダイオードレーザ、ＶＣＳＥＬアレイ、またはレーザ使用ガス管、固体構造体、光ファイバ、フォトニック結晶、半導体、ダイス、自由電子または他のエキゾチック媒体、などのようなコヒーレントなビーム源であってもよい。ビーム源１０２は、可視、近赤外、中赤外、長赤外、紫、または他の好適なスペクトル方式でビーム放射を生成することができる。さらに、いくつかの例では、ビーム源は複数の波長成分にわたってビーム放射を含むことができ、例えば、複数の異なる光検出器を使用する場合、各波長
成分が光学システムによって別々にランダム化される。

図示の例では、ビーム源１０２は、キャビティ１０４に入射するビームを生成し、ミラー１０６を介してキャビティに導入され、ミラー１０６は、外部ビームに対して部分的に透明であってもよく、（図示のように）孔を有してもよく、またはビームがキャビティ１０４の軸に対して非９０°の角度をなすように入射していてもよい。すなわち、いくつかの例では、ビーム源１０２からの入射ビームは、第１ミラー１０６の入力孔を通って入り、同じ入力孔を通ってキャビティ１０４から出る。他の例では、入射ビームは、図２の光学システム１００’に示されているように、ミラー１０８の出射孔を通ってキャビティの反対側に出てもよい（出射孔を有するミラー１０８’であるが、出射孔を有しないミラー１０８以外は同一の参照番号を有する）。入力ビームの入力角度及びランダム化されたエネルギーの出射角度は、いくつかの例では異なっていてもよく、他の例では同じ（またはほぼ同じ）であってもよい。出射孔のサイズは、光学システム１００によって発生するランダム化されたエネルギーのビーム広がりと一致するように選択されてもよい。

キャビティ１０４は、方解石、石英、ルビー、ルチル、サファイア、炭化ケイ素、トルマリン、ジルコン、フッ化マグネシウム、ニオブ酸リチウム、氷、ホウ酸ベリリウム、ホウ砂、Ｅｐｓｏｍ塩、マイカ−黒雲母、マイカ−白雲母、オリビン、ペロブスカイト、トパーズ、ウレックサイト、及び外部磁場との相互作用による誘導性複屈折を有する材料などの複屈折媒体１１０である。複屈折媒体１１０は、高速及び低速軸の両方を生じる２つの屈折率間の差によって特徴付けられてもよい。これらの明確に異なる屈折率は、入射ビームを２つに分割し、出射ビームの分離は、これらの屈折率間の差（Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_０）の関数である。

複屈折媒体１１０は、互いに整列しているか、互いに直交しているか、または互いに対して傾斜している偏光軸を有することができる２つの偏光子素子（板）１１２の間に位置決めされる。これらの偏光子素子は、例えば直線偏光子または円偏光子であってもよい。いくつかの例では、これらの偏光子板１１２は、ビームがキャビティ１０４を横断するときに部分偏光状態の回転を提供する波長板の代わりである。さらに他の例では、これらの偏光子は、例えば、電気的に回転可能な液晶板を含む回転可能な素子である。すなわち、ランダム化を達成するために、動作中に偏光板１１２の偏光軸を固定することができ、他の例では、板１１２は、ランダム化プロセスの間にそれらの偏光軸が変化するように、動作中に回転することができる。例えば、後述するように、ランダム化されたエネルギー出力内に情報を埋め込むために、変化する偏光軸を使用することができる。

図示されていないが、いくつかの例では、キャビティ１０４は、ミラー表面の１つに沿ったある位置に埋め込まれた光子検出器と、ビーム内の光子の一部または全部の偏光を変えることによって情報をインプリントするために使用することができる複屈折材料またはキャビティを出ることが許される前にビームを集束または屈折させる他の材料の表面に沿ったネマティック結晶ゲルのような素子をさらに含む。これらの素子は、偏光回転子または集束素子の外側層を有する中央複屈折材料からなる単一材料として、または機械構造を介して別々に保持されて、層に組み合わせることができる。

動作中、ミラー１０６、１０８は、入射ビームを密閉複屈折媒体１１０と繰り返し相互作用させる反射キャビティを形成する。このように、キャビティ１０４は、主に中央媒体の複屈折の程度に応じて、光学遅延またはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ（例えば、図９）として構成することができる。複屈折媒体１１０は、図３に示すように、入射ビームのエネルギーを複数のビームに分割する。偏光板１１２は、入射ビームの偏光を回転させ、媒体１１０の複屈折軸に対して「混合量子」状態を維持し、分割されたビームが各トラバーサルを発生する。したがって、この構成は、キャビティ１０４の各トラバーサルで
ビームエネルギーを細分化することを可能にする。すなわち、偏光板１１２は、キャビティ軸に直交するｙ軸に対する角度の偏光軸を有することができる。例えば、偏光板１１２は、ｙ軸に対して２２．５°の角度を形成することができるが、偏光回転を生成するために０°でない鋭角を使用することができる。図３は、複屈折媒体上の入射ビームの細分化を示す。入射ビームは、２つの新しい状態に細分化される、すなわち、例によれば、媒体の複屈折軸に沿ったものと、媒体の複屈折軸に垂直なものとがある。キャビティ内のビームがキャビティを横断するとき、図４に示すように、ビーム分岐プロセスが行われ、キャビティは、新たに偏光された細分化ビームを生成するビームを連続的に分割する。すなわち、初期入力ビームはキャビティを横断し、各往復、または構成に応じて各単一移動は、図４に示すように、増加する、分岐ビームとも呼ばれる、増加する数のビームを発生させる。

各トラバーサルごとに複屈折媒体を出るビーム（例えば、図３参照）は、垂直偏光状態を有する２つのビーム成分に分離される。板１１２の偏光軸の角度に依存して、各トラバーサルごとにこれらのビーム成分は、複屈折媒体に入射した後、それぞれさらに分割し、このプロセスは、少なくともランダム化閾値に達し、かつランダム化されたエネルギーが発生するまで、継続及び増加する。図１及び２のもののような構成については、板１１２の偏光軸が、各トラバーサルの前に、これらのビーム出射ビーム成分の偏光軸に対して回転され、分割はキャビティの一方向移動または各往復移動の２回に生じる。しかしながら、板１１２の偏光軸の１つがビーム成分の偏光軸の１つに対して４５°の角度に沿って一定に保持される構成の場合、分割は各往復移動で行われる。さらに、例えば、ＬＣ回転素子を可変電圧源に接続することによって、偏光子または偏光子回転子の動作を制御することによって、往復移動の分割量を１回のトラバーサルから次のトラバーサルに調整することができる。

図４に示すように、各トラバーサルでは、初期ビームは、個々の光子のスケールに達するまで、そのエネルギーを細分化させる（分岐）。これが起こると、光子は、ランダムな横断運動量を獲得する。これにより、キャビティを出て光検出器に入射するビームの強度が、他のタイプの変動または光学ノイズとは非常に異なるスケールで変動する。この誘導ノイズは、ショットノイズに見られるように、全ビーム出力に比例し、全出力の平方根には比例しない、すなわち、発生したエネルギーには、ショットノイズ装置に勝る、著しく明確に異なる識別特性ならびに数値的優位性が与えられる。発生したエネルギーはランダム化された分布を有し、例えば光検出器における出力ビーム強度はランダム（ノイズ）である。画素化された検出器の場合、そのノイズは各画素に同時に現れ、並行して読み出すことができる。

換言すれば、光学システム１００及び１００’は、乱数発生（ＲＮＧ）の目的のために複屈折の改善された使用を生成する技術の例である。１回の遭遇では、図３のように、複屈折媒体を離れて、最初は非偏光または「混合量子」（偏光）状態のビームが、媒体によって画定される軸に沿って２つの明確に異なる偏光状態に分割される。このビームを同じ媒体に単に反射させるだけでは、通常はほとんど効果が得られず、円形の複屈折の場合には最初の分割も元のままであり得る。しかしながら、本技術は、キャビティ内でのビームの連続的な回転を提供し、ビームの偏光が、各トラバーサルで、キャビティ内でビームの分割が連続的に起こるように回転される。しかしながら、ビーム分岐が増加すると、ランダム化閾値に達し、その後ランダム化エネルギーがキャビティ内で生成される。そのランダム化エネルギーは、キャビティの外側で利用されて使用され、光検出器によって検出される並列ランダム化の全領域を発生させる。

キャビティの閾値数のパス（例えば、Ｅ_ｂｅａｍ〜２^{（トラバーサル数）}）の後、入射ビームはランダム化されたエネルギー分布に変換され、キャビティ１０４から除去され、
光検出器１１４、例えば、画素アレイ光検出器に提供される。

ランダム化されたエネルギー分布は、部分的に反射する表面、アパーチャもしくは孔を介して、または例えば平面ミラーが使用される場合には、ミラーの側面からのものを含む、多くの技術によってキャビティ１０４から除去され得る。Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔキャビティ構成（図９参照）では、一方のキャビティミラーは高度に反射性であり、他方のキャビティミラーは、キャビティからランダム化されたエネルギーを除去するためにビームが部分反射ミラーを出入りすることを可能にするように部分的に反射性である。光学システム１００のいくつかの実装形態では、ランダム化エネルギーのみがキャビティ１０４を逃げる。いくつかの例では、例えば、出力がいくつかの非ランダム成分を有する場合、キャビティから出力されるランダム化エネルギーに対して外部フィルタリングを実行することができる。このフィルタリングは、キャビティ１０４を有するか、その外部にある物理的フィルタによって達成されてもよい。いくつかの例では、このフィルタリングは、例えば、各画素のＤＣレベルを一定レベルに設定することによって、または各画素の時間期間にわたって平均化を実行することによって、または画素での強度測定値を収集する前に各画素が飽和時間期間を可能にすることによって実行することができる。

１つのミラー内の孔またはミラー側のある角度を介してビームが導入される光学遅延に基づく構成では、図１及び図２に示されているように、ビームは、逃げ出すことができる入射点に戻るまで、またはビームがキャビティを横切り、反対側のキャビティミラーの孔または側面を通って逃げるまで、キャビティを横断する。これらの例は、曲面ミラーの場合に特に有効である。

図５及び図６は、ランダム化を生成するための光学システムの他の構成例を示す。図５の光学システム２００において、ビーム源１０２は、ある角度及び平面で、第１のミラー２０４と平行な、また平面でもある、第２のキャビティミラー２０６を有するキャビティ２０５を画定する、第１のキャビティミラー２０４の外側エッジの外側から入射ビームを提供する。複屈折媒体２１０を取り囲むように２枚の偏光板２０８が設けられている。板２０８は、板１１２と同様に、固定された、もしくは回転可能な偏光軸を有する、偏光子、または波長板もしくは液晶板、または他の好適な偏光子であってもよい。これらの偏光子は直線偏光子であってもよいが、他の例では円偏光子であってもよい。平面ミラー２０４、２０６で形成されたキャビティの場合、ビームは幾何学的形状のために単にキャビティから出る。ビームは、キャビティの左下に非９０°の角度で入射し、次いで、左上からいくつかのトラバーサル後、ランダム化 されたエネルギー線が、画像処理装置２１４に接続された光検出器２１２に入射する。図５は、システムの片側に光検出器２１２を有する光学システム２００を示す。図６は、他方の側の光検出器２１２を示す（したがって、２００’と表示されている）。

光学システム１００及び２００は、光子の数に比例するスケール上のランダムなビームエネルギーだけでなく、ランダムな統計的ノイズ（出現する光子数の平方根レベルで）によって特徴付けられるランダム化されたエネルギーを発生する。ビームエネルギーは、０と最大値との間で変動する。この光学的にランダム化されたエネルギーをランダム化されたデジタル信号に変換するために、光検出器１１４及び２１２は、ランダム化処理装置１１６及び２１４にそれぞれ電気的に結合される。これらのランダム化処理装置１１６／２１４は、読み出し回路または他のプロセッサなどの光検出器１１４及び２１２それぞれ（当然のことながら、４１６も同様）に埋め込まれたプロセッサとして実現することができる。または、処理装置１１６／２１４は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ワークステーションなどのような別個の装置であってもよい。いくつかの例では、処理装置１１６は、有線または無線接続を介して光検出器１１４に結合されてもよい。いくつかの例では、処理装置１１６／２１４は通信ネットワークを介して光検出器１１
４／２１２に結合されてもよく、例えば処理装置１１６／２１２はサーバまたは他の場所に遠隔に位置してもよい。

光検出器１１４／２１２の画素アレイは、キャビティ１０４／２０５からランダム化エネルギーを受信し、各画素は、「１」または「０」のいずれかのデジタル出力信号を生成する。各画素は、並列に出力信号を生成し、その結果、画素は、並列画素出力信号を生成する。これらの並列画素出力信号は、連続的に、または対応する光検出器の各読み取りサイクルで生成することができる。集合的に、これらの並列画素出力信号は、対応する光検出器の並列ランダム化出力信号を形成する。例えばランダム化エネルギーによって完全に照射された場合、１２×１２画素アレイは、最大１４４個の並列出力信号、すなわち１４４個の異なる値からなる並列ランダム化出力信号を生成することができ、ランダム化プロセッサは、Ｎビットの乱数に変換でき、Ｎは１４４以下、例えば１２８ビットである。図７Ａは、光検出器１１４／２１２上の第１のランダム化されたエネルギー画素パターンを示す。ランダム化されたエネルギーパターンは、例えばＣＷビーム源が使用される場合には、連続的に読み出されてもよく、例えばパルス化ビーム源が使用される場合には、周期的にパターンが読み出されてもよい。ビームがキャビティに入ることが可能であれば、レーザが駆動されている限り、光検出器が読み出しのためにアクセスされるたびに、パターンは自動的に変化し、更新されることを続ける。図７Ｂは、別の時点で取得されたランダム化されたエネルギーパターンの別の例を示す。

出射ビームのエネルギーは、電子的に記録され、処理装置１１６／２１４によって記録される一連の「１」ビット及び「０」ビットに変換される。次に、処理装置１１６／２１４は、光検出器１１４／２１２の画素によって記録された値からＮビット長さの乱数を生成する。そのビット長Ｎは、光検出器１１４／２１２の画素数と同じであってもよく、総画素数の何らかの部分集合であってもよい。いくつかの例では、Ｎは２^ｎ（２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６など）に等しい整数である。次いで、乱数は、処理装置１１６／２１４／４１６の１つ以上の固定コンピュータ可読メモリに格納される。本明細書の処理装置は、１つ以上のプロセスと、１つ以上のプロセッサによって実行可能な命令を格納する１つ以上のメモリと、を含むことができる。これらの装置は、入力装置（キーボード、キーパッドなど）、ディスプレイ、ならびに携帯型装置及び他の処理装置などの周辺機器に接続するための入力／出力コネクタを含むことができる。装置は、有線通信または無線通信を介して通信ネットワークに結合するためのネットワークインタフェースを含むことができる。処理装置１１６／２１４は、任意の所望の時間に光検出器１１４／２１２にアクセスし、特にランダム化が連続的に変化するときに、ＣＷで動作するビーム源の場合には新たな乱数を得ることができる。光検出器は、処理装置１１６／２１４によってアクセスされ得るメモリ内に検出されたランダム化画素値を格納するように、その読み出しをバッファすることができることが理解されよう。本明細書の技術は、さらなる例として、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路として実装することもできる。コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサは、一例として、汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサ、ならびに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリまたはランダムアクセスメモリ、またはその両方から命令及びデータを受信する。コンピュータは、命令を実行するためのプロセッサと、命令及びデータを格納するための１つ以上のメモリ装置と、を含む。しかしながら、一般に、コンピュータは、データ、例えば磁気、光磁気ディスク、または光ディスクを格納するための１つ以上の大容量記憶装置からデータを受信するか、またはデータを転送するか、またはその両方を行うことを含むか、またはそのために動作可能に結合されてもよい。しかしながら、コンピュータはそのような装置を有する必要はない。さらに、コンピュータを別の装置に埋め込むこともできる。コンピュータプログラム命令及びデータを格納するのに好適なコンピュータ可読媒体には、一例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰ
ＲＯＭ、及びフラッシュメモリ装置、磁気ディスク、例えば内部ハードディスクまたはリムーバブルディスク、光磁気ディスク、及びＣＤ ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクなどの半導体メモリ装置を含むすべての形態の不揮発性メモリ、媒体及びメモリ装置が含まれる。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完または組み込むことができる。

画素化光検出器を使用してエネルギー出力を捕捉することにより、ランダム分布は、機密情報の暗号化、ノイズのシミュレーション（例えば、様々なシステムのＭｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーション）、及び乱数生成を必要とする任意のアプリケーションに使用されるビットの並列セットを提供することができる。すなわち、各画素はランダムである異なるビットに対応する。したがって、Ｎビットの乱数の各ビットは真にランダムである。

上述のように、いくつかの例では、偏光子の偏光軸は、動作中に回転するように電気的に（または機械的に）制御されてもよく、軸は振動することさえある。偏光板１１２としては、例えば、液晶回転子を用いることができる。これらの液晶回転子は、偏光方向に固定して保持することができる。しかしながら、他の例では、印加電圧を使用して素子の偏光軸を変えて、キャビティ内のビーム分割をさらに制御することができる。図１は、ランダム化処理装置１１６によって制御され、変調電圧信号を送信し、偏光子素子１１２の回転を制御するオプションの波形発生器及び電圧制御器１１８を有する実装例を示す。このような構成では、制御電圧に印加される摂動信号を使用して印加電圧を正弦波状に増加または減少させて、偏光回転の程度の変化を生じさせることができる。回転量、回転速度、及び変調波形は、光学キャビティの特性、キャビティ往復時間、現在のトラバーサル数、ランダム化エネルギーを達成するために必要なトラバーサルの閾値数、及び任意の他の好適な物理的要因に従ってすべて制御することができる。変調された電圧信号は、ランダム化されたエネルギーに関する情報、例えばランダム化された数の送信元を検証するために信頼できる受信機ステーションによって使用され得る暗号化ヘッダのような情報を与えるように制御されてもよい。いずれにしても、偏光板または波長板が使用される例であっても、これらの素子は、偏光子を回転させてその向きを調整することができる取り付けステージ上に取り付けることができる。このような機械的な回転は、手作業によるものであってもよく、取り付けステージに対する電気的な制御であってもよい。

偏光子素子の実際の偏光配向が調節されて、連続的にまたは周期的に、及びキャビティの往復時間、複屈折の量、及び他の要因に応じて時限的に調整が行われ得る。このような偏光方向の制御は、ランダムな出力を重ね合わせた周期定常信号と呼ぶものを導入することができる。この周期定常信号は、例えば、光学システムによって生成されるランダム化されたエネルギー内に埋め込まれた変調信号であってもよい。

偏光回転子は、図１及び２の構成のように、複屈折媒体２１０のいずれかの側の単一の対の回転子として実現することができ、セグメント偏光回転子の実施形態例３００を示す、図８に示されているように、キャビティを通るビームの経路を横断するいくつかのセグメントに分離することができる。２枚の平面ミラー３０２、３０４は、複屈折媒体３０６を取り囲んでいる。ミラーの少なくとも１つの表面を横断するのは、複数の偏光回転子セグメント３０８（代表的な数のみが示されている）であり、それぞれが２つのミラー３０２、３０４の間のキャビティの特定のトラバーサルに対応する入射ビームと相互作用するように位置する。各トラバーサルは、ビームがミラーの直径を上回るときに、偏光回転子セグメントを経験する。幾何形状に応じて、いくつかのビームは、次の偏光回転子セグメント３０８を十分に横断する前に、複数のトラバーサルにわたって同一の偏光回転子３０８に入射することができる。セグメント化されたアプローチでは、各偏光回転子セグメント３０８は、同じ偏光回転を生成するように動作してもよく、またはそれぞれが個別に制
御されてもよい。セグメント３０８のサイズは、ランダム化閾値に達するためのビーム形状及び幅ならびにトラバーサル数に基づいて設定することができる。液晶または他の方法で実装される場合、セグメント３０８は、セグメントの中心にあるビームスポットの入射を最大にするように、そして入射角によって決定できるように、セグメントを離間させる機械的構造体に取り付けることができる。図示されていないが、同様に、整合する対のセグメントがミラー３０４のために形成されてもよい。

いずれにしても、回転する偏光子を使用する本明細書の光学システムは、任意の周期定常信号、すなわち最終出力に埋め込まれ、ビットを暗号化するために使用されるランダム化エネルギー（ノイズ）の上部で変調された信号の強度を制御することができる。１つ以上の偏光子を変更することができるので、光学システムによって生成されたノイズを、追加の特徴として変調することができる。周期定常信号は、使用者が変調されたノイズを所定の周波数で送出することを可能にする。受信者は、そのノイズ変調を検出して、ノイズに続いて受信された信号が特定の送信者によって送信されたかどうかを判断する。光学システムでは、ランダム化中に少なくとも１つの回転子を連続的に回転させることができる。他の例では、２つ以上の（分割されていれば）回転子はランダム化の間に連続的に回転される。

結果として得られる重ね合わされた信号（周期定常信号）は、以前に割り当てられた、または合意された周波数での送信の検証を通じて、暗号化された情報の受信者を検証する方法を提供することができる。例えば、送信機ステーションは、本明細書で説明する光学システムランダマイザを含むことができる。その送信機ステーションは、乱数を発生させることができ、その後、例えば、有線電気接続を介して、またはネットワークがセキュリティ保護されているか、保護されていないか、または部分的に保護されているかにかかわらず、ネットワークを介した無線接続を介して、その乱数を受信機ステーションに送信することができる。乱数は、乱数を発生させるために使用された当初のランダム化エネルギー内に埋め込まれた周期定常信号から決定された二次データとともに送信されてもよい。その二次データは、乱数のどの部分がその二次データを含むかを第三者が検出できないように、乱数内に埋め込むことができる。しかしながら、その二次データを有する検証された受信者、例えば、ランダム化プロセスの間に偏光軸を変調するために使用される波形を知っている受信者は、確認のために乱数内の二次データを識別し、その数が有効な送信機ステーションからのものであることを確認することができる。すなわち、正弦波であるかどうかにかかわらず、電圧に適用される正確な重ね合わせ（または摂動）波形は、送信装置または受信装置へのソースから別個に伝達されてもよい。あるいは、他の例では、受信装置は、重ね合わされた波形を格納し、その波形を使用して受信信号を解読することができる。重ね合わされた正弦波信号は、受信者に何らかの脅威を警告するために、またはその分野における機器の迅速なチェックを行って、それらのランダム化プロセスを評価するために、さらに使用されてもよい。

図９は、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ構成の別の光学システム４００を示す。入力ビーム（ビーム源からのもの図示せず＝）は、部分的に反射性であり、第２の部分反射ミラー４０６とともにキャビティ４０４を形成する第１の集束ミラー４０２に入射する。したがって、入力ビームは、孔を通るのではなく、ミラーの部分反射率を介してキャビティ４０４に導入される。発生したランダム化されたエネルギーとそれがどのように出力されるかについても同じことが言える。図示の例では、ミラー４０２の反射率は、ミラー４０６の反射率よりも実質的に高くてもよい。偏光子板４０８は、複屈折性サンプル４１０の反対側に示されている。ランダム化エネルギー出力は、ランダム化処理装置４１６に結合された光検出器４１２に供給される。

本発明者らは、光学システムを通るビームの各トラバーサルで発生するようになされた
複屈折分割により光ビーム（例えば、レーザビームまたは他の任意の源）の光エネルギーを再分配するために使用される光学複屈折に基づくランダム化発生器を示した。各パスで分割を保証するために、キャビティ内に載置された光学素子を使用してビーム偏光が回転される。限定はされないが、液晶（ＬＣ）などの回転子を使用して、動作に必要な「混合量子」状態を維持することができる。この分割は、入射ビーム源に関連する光子数の統計的限界に達すると、ビームエネルギーのランダム化を誘導する。一例では、１Ｗの入力ビームが使用される場合、利用可能な光子は約６×１０^１８であり、複屈折材料の約６３回のトラバーサル後にエネルギーを合計２^６３（〜６×１０^＋１８）回分割し、キャビティ内に残留し連続的に混合状態に回転する光子は、出力エネルギー分布が入力ビームの元の予測可能でコヒーレントな特性を保持しないように、ランダム横断運動量（すなわち、ランダムウォーキング）を獲得し始める。このランダム化閾値に達するために必要なトラバーサルの数は、Ｅ_ｂｅａｍ〜２^{（トラバーサルの数）}によって決定される。

したがって、本発明の技術は、ｉ）擬似ランダム、数学アルゴリズムに依存しない真のランダム性を提供する生成されたシーケンスと、ｉｉ）光検出器上に読出し可能なランダム化の並列ビットストリーム（並列演算にとって重要な）と、ｉｉｉ）多くの産業目的で必要とされる非常に高速なビット生成（検出器からの読み出し時間によって主に制限される）と、ｉｖ）ビーム源の偏光の回転を変更して、他の種類の乱数発生器では利用できない変調信号または周期定常機能を提供する能力と、を生成することができる。

他の実施例では、図１０に示すように、単一パスランダム化システムを作成するために、キャビティ構成を多層複屈折構造体と置き換える。システム５００において、複屈折構造体５０２は、複数の当接層から形成され、各後続層は、前の入射層とミスアライメントされた複屈折軸を有する。このような構成では、ビームは各表面を同様に分割し、次の層に対するさらなる分割が生じるように次の層に対して回転状態が続き、最終的に分岐が構造体からのランダム化エネルギーを生成する。ランダムウォーキングにつながる分岐を生成する積層システム５００に対して、構造体５０２の積層は、層に埋め込まれた大規模な液晶または他の制御された偏光子をさらに含むことができる。

本明細書を通して、複数の事例が単一の事例として説明した構成要素、動作、または構造を実装することができる。１つ以上の方法が、別個の動作として示され、記載されている個々の動作が、個々の動作の一つ以上を同時に行ってもよく、動作が図示の順序で実行される必要はない。例示的構成において別個の構成要素として提示された構造と機能が組み合わされた構造または構成要素として実装することができる。同様に、単一の構成要素として提示された構造と機能は、別個の構成要素として実装することができる。これら及び他の変形、修正、追加、及び改良は重要で、本明細書主題の範囲内に含まれる。

さらに、特定の実施形態は、ロジックまたは多数のルーチン、サブルーチン、アプリケーション、または命令を含むように本明細書に記載されている。これらは、ソフトウェア（例えば、機械可読媒体または送信信号に具現化されたコード）またはハードウェアのいずれかを構成することができる。ハードウェアでは、ルーチン、など、特定の動作を実行することができる有形のユニットであり、特定の方法で構成または配置することができる。例示的な実施形態では、１つ以上のコンピュータシステム（例えば、スタンドアロン、クライアントまたはサーバコンピュータシステム）、またはコンピュータシステムの１つ以上のハードウェアモジュール（例えば、プロセッサまたはプロセッサ群）は、例えばソフトウェア（例えば、アプリケーションまたはアプリケーションの部分）によって本明細書に記載されるように特定の操作を実行するように動作するハードウェアモジュールとして構成されていてもよい。

様々な実施形態では、ハードウェアモジュールは、機械的または電子的に実行されても
よい。例えば、特定の動作を実行するために、ハードウェアモジュールが永久的に設定されている専用回路またはロジック（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの専用プロセッサのような）を含んでいてもよい。ハードウェアモジュールは、一時的に特定の動作を実行するためのソフトウェアで構成されているプログラマブルロジックまたは回路（例えば、汎用プロセッサまたは他のプログラマブルプロセッサ内に包含される）を含んでもよい。機械的に、専用及び恒久的に構成された回路において、または一時的に構成された回路（例えば、ソフトウェアによって構成された）において、ハードウェアモジュールを実装する決定は、コスト及び時間を考慮することによって駆動され得ることが理解されよう。

したがって、「ハードウェアモジュール」という用語は、または特定の方法で動作するためにまたは本明細書に記載された特定の動作を実行するために物理的に構築され、永続的に構成され（例えばハードワイヤード）一時的に構成される（例えばプログラムされる）実体である、有形の実体を包含するように解釈するべきである。ハードウェアモジュールが一時的に構成されている（例えば、プログラムされている）実施形態を考慮すると、各ハードウェアモジュールは、ある時点のいずれか事例で構成またはインスタンス化される必要はない。例えば、ハードウェアモジュールがソフトウェアを使用して構成された汎用プロセッサを備える場合、汎用プロセッサは異なる時間に異なるハードウェアモジュールとして構成されてもよい。したがって、ソフトウェアは、例えば、特定のハードウェアモジュールをある時点で構成し、異なる時点で異なるハードウェアモジュールを構成するように、プロセッサを構成することができる。

ハードウェアモジュールは、他のハードウェアモジュールに情報を提供し、他のハードウェアモジュールから情報を受信することができる。したがって、記載されたハードウェアモジュールは、通信可能に結合されているとみなされてもよい。このようなハードウェアモジュールの複数が同時に存在する場合、ハードウェアモジュールを接続する信号伝送（例えば、適切な回路及びバスを介して）によって通信を達成することができる。複数のハードウェアモジュールが異なる時間に構成またはインスタンス化される実施形態において、そのようなハードウェアモジュール間の通信は、例えば、複数のハードウェアモジュールがアクセスするメモリ構造内の情報の格納及び検索によって達成され得る。例えば、１つのハードウェアモジュールは、動作を実行し、その動作の出力を、通信可能に結合されたメモリ装置に格納することができる。さらなるハードウェアモジュールは、後で、格納装置にアクセスして格納された出力を取り出して処理することができる。ハードウェアモジュールはまた、入力装置または出力装置との通信を開始し、リソース（例えば、情報の集合）上で動作することもできる。

本明細書で説明される例示的方法の様々な動作は、関連する動作を実行するように一時的に（例えば、ソフトウェアによって）構成されるか、または永続的に構成される１つ以上のプロセッサによって少なくとも部分的に実行され得る。一時的または永続的に構成されようと、そのようなプロセッサは、１つ以上の動作または機能を実行するように動作するプロセッサ実装モジュールを構成することができる。本明細書で言及されるモジュールは、いくつかの実施形態の例では、プロセッサ実装モジュールを備えることができる。

同様に、本明細書で説明される方法またはルーチンは、少なくとも部分的にプロセッサ実装型であってもよい。例えば、方法の動作の少なくとも一部は、１つ以上のプロセッサまたはプロセッサ実装ハードウェアモジュールによって実行されてもよい。特定の動作の性能は、単一の機械内に存在するだけでなく、複数の機械にまたがって展開される、１つ以上のプロセッサに分散されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上のプロセッサは、単一の場所（例えば、家庭環境、オフィス環境内、またはサーバファーム）に位置することができ、他の実施形態では、プロセッサは、多数の場所にわたって分配さ
れてもよい。

特定の動作の性能は、単一の機械内に存在するだけでなく、複数の機械にまたがって展開される、１つ以上のプロセッサに分散されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、１つ以上のプロセッサまたはプロセッサ実装モジュールは、単一の地理的場所（例えば、家庭環境、オフィス環境、またはサーバファーム内）に配置されてもよい。他の例示的な実施形態では、１つ以上のプロセッサまたはプロセッサ実装モジュールは、いくつかの地理的場所に分散されてもよい。

特に明記しない限り、「処理する」、「演算する」、「計算する」、「決定する」、「提示する」、「表示する」などの単語を使用する本明細書の議論は、１つ以上のメモリ（例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはその組み合わせ）内の物理的（例えば、電子的、磁気的、もしくは光学的）量として表されるデータ、レジスタ、または情報を受信、格納、送信、または表示する他の機械構成要素を操作または変換する機械（例えばコンピュータ）の動作またはプロセスを参照することができる。

本明細書で使用される場合、「一実施形態」または「実施形態」のいずれかの言及は、実施形態に関連して説明された特定の要素、特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な場所における「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているとは限らない。

いくつかの実施形態は、それらの派生語とともに「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」及び「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という表現を使用して説明されてもよい。例えば、いくつかの実施形態は、２つ以上の要素が物理的または電気的に直接的に接触していることを示すために「結合された」という用語を使用して説明することができる。しかしながら、「結合された」という用語は、２つ以上の要素が互いに直接接触しておらず、依然として互いに協働しまたは相互作用していることを意味してもよい。実施形態はこの文脈に限定されない。

本明細書で使用される場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの他の変形は、非排他的な含有を包含することを意図する。例えば、要素のリストを含むプロセス、方法、物品、または器具は、必ずしもそれらの要素に限定されるものではなく、明示的に列挙されていないか、またはそのようなプロセス、方法、物品または器具に固有の他の要素を含むことができる。さらに、反対のことが明示的に述べられていない限り、「または」は包括的でありまたは、及び排他的ではなくまたは、を指す。例えば、条件ＡまたはＢは、次の任意の一つを満足し、Ａが真（または存在）、Ｂが偽（または存在しない）、Ａが偽（または存在しない）、Ｂが真（または存在）、及びＡとＢの両方が真である（または存在する）。

さらに、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」の使用は、本明細書の実施形態の要素及び構成要素を説明するために用いられる。これは、単に便宜上のためであり、説明の一般的な意味を与えるためである。この説明及び以下の特許請求の範囲は、１つまたは少なくとも１つを含むように読むべきであり、単数は、それが他の意味であることが明らかでない限り、複数を含む。

この詳細な説明は、すべての可能な実施形態を説明することは不可能ではないにしても実用的ではないため、単なる一例として解釈されるべきであり、すべての可能な実施形態を説明するものではない。現在の技術または本出願の出願日後に開発された技術のいずれ
かを使用して、多数の代替実施形態を実装することができる。

Claims (20)

1. ランダム化発生光学システムであって、
   ビーム源からのビームを受信するように構成される複屈折構造を備え、
   前記複屈折構造は、複数の層を備え、
   各層は、前の各層の複屈折軸とミスアライメントされた複屈折軸を有し、
   前記複屈折構造の各層は、ビームが複屈折構造を伝搬するときにビームを分割するように配置され、次第に分岐されるビームを形成し、
   複屈折構造を出る前記分岐されるビームによって生成されたランダム化エネルギーを受け取り、ランダム化エネルギーを並列ランダム化出力信号に変換するように配置された光検出器を備えるランダム化発生光学システム。
2. 前記光検出器からの前記並列ランダム化出力信号を受信するように結合され、１つ以上のプロセッサと、実行されたときに、前記１つ以上のプロセッサに、
   前記光検出器からの前記並列ランダム化出力信号を読み取ること、及び
   前記並列ランダム化出力信号からＮビットの乱数を生成すること、を行わせる、命令を格納する１つ以上のメモリと、を有する、ランダム化処理装置、をさらに備える、請求項１に記載のランダム化発生光学システム。
3. 前記１つ以上のメモリが、実行されたときに、前記１つ以上のプロセッサに前記光検出器に連続的にアクセスさせて、異なる並列ランダム化出力信号を連続的に収集させる、さらなる命令を格納する、請求項２に記載のランダム化発生光学システム。
4. 前記１つ以上のメモリが、実行されたときに、前記１つ以上のプロセッサに前記光検出器に定期的にまたは制御信号に応答してアクセスさせて、各アクセスが異なる並列ランダム化出力信号をもたらす、さらなる命令を格納する、請求項２に記載のランダム化発生光学システム。
5. 前記光検出器が、画素のアレイから形成された画素化された光検出器であり、前記アレイ内の前記画素の少なくともいくつかが、ランダム化エネルギーを同時に受信して、各々がランダムな、並列ランダム化出力信号を集合的に形成する、並列画素出力信号を生成する、請求項１に記載のランダム化発生光学システム。
6. 前記複屈折構造の複数の各層は、埋め込まれた偏光子素子を含む、請求項１に記載のランダム化発生光学システム。
7. 前記埋め込まれた偏光子素子は、電気的に制御可能な、液晶偏光子素子である請求項６に記載のランダム化発生光学システム。
8. 前記複数の偏光子素子が、複数の電気的に制御可能な偏光子回転子を含み、前記光学システムが、前記複数の電気的に制御可能な偏光子回転子のうちの少なくとも１つに電気的に結合されて、前記電気的に制御可能な偏光子回転子のうちの前記少なくとも１つのための電圧制御信号に摂動信号を印加し、それにより前記ランダム化エネルギーの上部に周期定常信号を形成する処理装置をさらに備える、請求項６に記載のランダム化発生光学システム。
9. 前記複数の電気的に制御可能な偏光子回転子が、液晶偏光子回転子を備える、請求項８に記載のランダム化発生光学システム。
10. 前記複数の電気的に制御可能な偏光子回転子が、電気的に制御された取り付けステージ
    を通して調整可能である配向を有する偏光子または波長板を含む、請求項８に記載のランダム化発生光学システム。
11. ランダム化を生成するための方法であって、
    各層が前の各層の複屈折軸とミスアライメントされた複屈折軸を有する複数の層を備える複屈折構造内にビーム源からのビームを受信することと、
    複屈折構造に入射している前記ビームが追加のビームに細分化されて、次第に分岐されるビームを集合的に形成するように、前記ビームを前記複屈折構造の層に通過させることにより、前記ビームを細分化することと、
    複屈折構造を出る前記分岐されるビームによって生成されるランダム化エネルギーを光検出器で検出することと、
    前記光検出器で検出された前記ランダム化エネルギーから並列ランダム化出力信号を生成することと、を含む、ランダム化を生成するための方法。
12. ランダム化処理装置において、前記光検出器からの前記並列ランダム化出力信号を読み取ることと、
    前記読み取られた並列ランダム化出力信号からＮビットの乱数を生成することと、をさらに含む、請求項１１に記載のランダム化を生成するための方法。
13. 前記光検出器に連続的にアクセスして、異なる並列ランダム化出力信号を連続的に収集することをさらに含む、請求項１２に記載のランダム化を生成するための方法。
14. 前記光検出器に定期的にまたは制御信号に応答してアクセスして、各アクセスが異なる並列ランダム化出力信号をもたらすことさらに含む、請求項１２に記載のランダム化を生成するための方法。
15. 前記光検出器が、画素のアレイから形成された画素化された光検出器であり、
    前記アレイ内の前記画素の少なくともいくつかによって、前記ランダム化エネルギーを同時に受信して、各々がランダムな、前記並列ランダム化出力信号を集合的に形成する、並列画素出力信号を生成する、請求項１１に記載のランダム化を生成するための方法。
16. 前記複屈折構造の複数の各層は、埋め込まれた偏光子素子を含む、請求項１１に記載のランダム化を生成するための方法。
17. 前記埋め込まれた偏光子素子は、電気的に制御可能な、液晶偏光子素子である請求項１６に記載のランダム化を生成するための方法。
18. 前記複数の偏光子素子が、複数の電気的に制御可能な偏光子回転子を含み、
    前記偏光子素子の少なくとも１つを電気的に制御して、電気的に制御可能な前記偏光子回転子の前記少なくとも１つのための電圧制御信号に摂動信号を印加し、それにより、前記ランダム化エネルギーの上部に周期定常信号を形成することをさらに含む、請求項１６に記載のランダム化を生成するための方法。
19. 前記複数の電気的に制御可能な偏光子回転子が、液晶偏光子回転子を備える、
    請求項１８に記載のランダム化を生成するための方法。
20. 前記複数の電気的に制御可能な偏光子回転子が、電気的に制御された取り付けステージを通して調整可能である配向を有する偏光子または波長板を含む、請求項１８に記載のランダム化を生成するための方法。