JP5586805B1 - Photon random number generator - Google Patents

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Abstract

【課題】1回の試行に用いる光が複数光子を含みうる場合でも,乱数の生成能率を低下しにくくすることができる技術を提供する。
【解決手段】光源から出射される光の光路を,この光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しいn(但し,n≧3とする。)本の光路に分岐させる。n本の光路のうちいずれか1本の光路を光子が伝播したと検出された場合,その事象に対応するn進乱数値を出力する。さらに,n本の光路のうちr(但し,rは,mを1以上の自然数としたとき,≧m×nを満たす1<r<nの自然数とする。)本の光路を光子が伝播したと検出された場合にも,その事象が,この場合の通りの事象の全集合における要素数m×nの予め定められた部分集合に属するとき,その事象に対応するn進乱数値を出力する。
【選択図】図1
Provided is a technique capable of making it difficult to reduce the generation efficiency of random numbers even when light used for one trial can include a plurality of photons.
An optical path of light emitted from a light source is branched into n (where n ≧ 3) optical paths having almost the same probability that any photon contained in the light propagates. When it is detected that a photon has propagated through any one of the n optical paths, an n-ary random number value corresponding to the event is output. Further, among the n optical paths, r (where r is a natural number satisfying 1 <r <n satisfying n C r ≧ m × n, where m is a natural number of 1 or more) is a photon. n but also when it is detected that propagated, its events, when belonging to a predetermined subset of the number of elements m × n in the entire set of events n C r as in this case, corresponding to the event Outputs a random number value.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は,光子を用いて乱数を生成する技術に関し,特に光子のボース粒子としての性質を利用して,基数が3以上の乱数を生成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for generating a random number using photons, and particularly to a technique for generating a random number having a radix of 3 or more by utilizing the property of a photon as a Bose particle.

1つの光子を透過率50%のビームスプリッタに入射させ,これを透過したか反射したか調べる試行を繰り返すことにより,2進乱数列を生成することが原理的に可能である。   In principle, it is possible to generate a binary random number sequence by making one photon incident on a beam splitter with a transmittance of 50% and repeating the trial to see if it is transmitted or reflected.

特許文献1に,この2進乱数生成器の発展例として,光子を出射する光源と,この光源から出射される光子が入射し,この光子がいずれを伝播する確率も略等しい4本の光路を構成する光学系と,この光学系によって構成された4本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる検出手段と,この検出手段によって光子が伝播したと検出された光路に対応する4進乱数値を出力する出力手段とを備えた4進乱数生成器が開示されている。   In Patent Document 1, as an example of development of this binary random number generator, a light source that emits a photon and four optical paths that are substantially equal in the probability that the photon that is emitted from the light source is incident and the photon propagates through it. For each of the four optical paths constructed by this optical system, detection means that can detect whether or not a photon has propagated through the optical path, and photons propagated by this detection means There is disclosed a quaternary random number generator including output means for outputting a quaternary random number value corresponding to a detected optical path.

特開2003−167729号公報JP 2003-167729 A 特表2001−520839号公報JP-T-2001-520839 特開2005−250714号公報JP 2005-250714 A

特許文献1は,上記光源が1回の試行あたりに正確に1つの光子を出射することを前提としているが,そのような単一光子源の実用化は未だ難しい。   Patent Document 1 assumes that the light source emits exactly one photon per trial, but it is still difficult to put such a single photon source into practical use.

単一光子源の代替として,例えば,コヒーレント光源を用いることが実用的である。但し,コヒーレント光の光子数分布はポアソン分布に従うため,たとえその強度を減衰させたとしても,1回の試行に用いる光に2光子や3光子等の複数光子が含まれる確率をゼロにすることはできない。   For example, it is practical to use a coherent light source as an alternative to a single photon source. However, since the photon number distribution of coherent light follows the Poisson distribution, even if the intensity is attenuated, the probability that the light used in one trial will include multiple photons such as two-photons and three-photons is set to zero. I can't.

従って,コヒーレント光源を上記4進乱数生成器に用いると,例えば,1回の試行で上記4本の光路のうち,複数の光路を同時に光子が伝播する事象が生起しうる。しかし,特許文献1の手法では,そのような事象は無視され(特許文献1の段落0013及び0016参照),乱数の生成に寄与しない。   Therefore, when a coherent light source is used for the quaternary random number generator, for example, an event may occur in which photons propagate simultaneously through a plurality of optical paths among the four optical paths in one trial. However, in the method of Patent Document 1, such an event is ignored (see paragraphs 0013 and 0016 of Patent Document 1) and does not contribute to generation of random numbers.

特許文献2も,光源からの複数光子の出射を考慮したうえで,分岐させた光路のうち複数の光路を同時に光子が伝播した事象は,乱数の生成に用いるべきでないと述べている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 also states that the phenomenon in which photons propagate simultaneously through a plurality of branched optical paths should not be used for generating a random number in consideration of emission of a plurality of photons from a light source.

このため,コヒーレント光源の使用は,乱数の生成能率の低下を招く。なお,コヒーレント光の減衰を充分に行えば,1回の試行に用いる光に複数光子が含まれる確率を無視できる程度に抑えることは可能であるが,今度は,1回の試行に用いる光の光子数がゼロとなる確率が増すこととなり,結局,乱数の生成能率の低下は免れない。   For this reason, the use of a coherent light source leads to a reduction in random number generation efficiency. If the coherent light is sufficiently attenuated, it is possible to suppress the probability that the light used for one trial includes a plurality of photons to a negligible level. The probability that the number of photons will be zero will increase, and eventually a decrease in random number generation efficiency is inevitable.

特許文献3では,1回の試行あたりに複数光子を出射しうる光源を用いながらも,2つの2進乱数生成器を並列に作動させることで,乱数の生成能率の低下をある程度緩和している。しかし,この手法では,構成された4本の光路のうちいずれか1本の光路のみが選択されたとしても,2進乱数値しか出力することができない。   In Patent Document 3, while using a light source capable of emitting a plurality of photons per trial, two binary random number generators are operated in parallel to alleviate the decrease in random number generation efficiency to some extent. . However, with this method, even if only one of the four configured optical paths is selected, only a binary random value can be output.

本発明の目的は,構成する光路の本数に等しい数を基数とする乱数を生成するに際し,1回の試行に用いる光が複数光子を含みうる場合でも,乱数の生成能率を低下しにくくすることができる技術を提供することである。   An object of the present invention is to make it difficult to reduce random number generation efficiency even when light used for one trial can include a plurality of photons when generating a random number whose number is equal to the number of optical paths to be configured. Is to provide technology that can

本発明の一観点によれば,1回の試行あたりの光子数が1である確率も複数である確率もゼロでないような光子数分布を示す量子状態の光を出射する光源と,前記光源から出射される光が入射し,前記光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しいn(但し,n≧3とする。)本の光路を構成する光学系と,前記光学系によって構成された前記n本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる検出手段と,前記検出手段によって,前記n本の光路のうちいずれか1本の光路を光子が伝播したと検出された場合に,その事象に対応するn進乱数値を出力し,かつ前記n本の光路のうちr(但し,rは,mを1以上の自然数としたとき,≧m×nを満たす1<r<nの自然数とする。)本の光路を光子が伝播したと検出された場合にも,その事象が,この場合の通りの事象の全集合における要素数m×nの予め定められた部分集合に属するとき,その事象に対応するn進乱数値を出力する出力手段とを備えた光子乱数生成器が提供される。 According to one aspect of the present invention, a light source that emits light in a quantum state exhibiting a photon number distribution in which the probability that the number of photons per trial is 1 and the probability that it is plural is not zero, The optical system is configured by n (where n ≧ 3) optical paths that have the same probability of propagation of emitted light and the propagation of photons contained in the light, and the optical system. Further, for each of the n optical paths, a detecting means capable of detecting whether or not a photon has propagated through the optical path, and any one of the n optical paths is converted into a photon by the detecting means. Is detected, the n-ary random number value corresponding to the event is output, and r (where r is a natural number equal to or greater than 1) of the n optical paths, n C satisfy r ≧ m × n 1 <a natural number r <n.) of optical When even if a photon is detected to have propagated, its events, which belong to a predetermined subset of the number of elements m × n in the entire set of events n C r as in this case, corresponding to the event There is provided a photon random number generator comprising output means for outputting an n-ary random number value.

本明細書において,集合Xが集合Yの部分集合であるとは,集合Xが集合Yの真部分集合であるか,又は集合Xが集合Yに等しいことを意味する(X⊆Y)。   In this specification, the set X being a subset of the set Y means that the set X is a true subset of the set Y or that the set X is equal to the set Y (X 集合 Y).

以下,本発明に該当する具体例について例示的に述べる。   Hereinafter, specific examples corresponding to the present invention will be exemplarily described.

n=3の場合,rの値として2を採ることができ,=3であるから,mは自ずと1に決まる。このとき,上記部分集合は上記全集合に等しく,通りのいずれの事象も常に上記部分集合に属することとなり,3進乱数の出力に寄与する。 in the case of n = 3, it can take a value of 2 for r, since it is 3 C 2 = 3, m is naturally determined 1. At this time, the subset is equal to the entire set, and any of the 3 C two kinds of events always belongs to the subset, contributing to the output of ternary random numbers.

n=4の場合,rの値として2及び3の少なくともいずれかを採ることができ,=6,=4であるから,rが2のときも3のときも,mは自ずと1に決まる。rが2のとき,上記部分集合は上記全集合の真部分集合であり,この真部分集合を予めどのように定めるかは任意である。このとき,6通りの事象のうち予め定められた4通りの事象が生起したとき4進乱数値の出力に寄与する。rが3のとき,上記部分集合は上記全集合に等しく,通りのいずれの事象も常に上記部分集合に属することとなり,4進乱数の出力に寄与する。 When n = 4, the value of r can be at least one of 2 and 3, and 4 C 2 = 6 and 4 C 3 = 4. Therefore, when r is 2 or 3, m Is automatically set to 1. When r is 2, the subset is a subset of the total set or the subset advance how determined is arbitrary. At this time, when four predetermined events among the six events occur, it contributes to the output of a quaternary random number value. When r is 3, the subset is equal to the entire set, and any 4 C 3 events always belong to the subset, contributing to the output of quaternary random numbers.

n=5の場合,rの値として,2,3,及び4の少なくともいずれかを採ることができる。=10,=10であるから,rが2又は3のときmは自ずと1又は2に決まる。mの値として可能な限り大きな値を採ることが好ましい。即ち,rが2又は3のとき,mの値に2を採れば,上記部分集合は上記全集合に等しいこととなり,10通りのいずれの事象の生起も余すことなく5進乱数値の出力に寄与できる。但し,rが2又は3のとき,mの値に1を採ってもよく,この場合は,上記部分集合は上記全集合の真部分集合となり,10通りの事象のうち予め定められた5通りの事象が生起したとき,5進乱数値の出力に寄与する。=5であるから,rが4のとき,mは自ずと1に決まり,このとき上記部分集合は上記全集合に等しく,通りのいずれの事象も常に上記部分集合に属することとなり,5進乱数の出力に寄与する。 When n = 5, the value of r can be at least one of 2, 3, and 4. Since 5 C 2 = 10 and 5 C 3 = 10, when r is 2 or 3, m is naturally determined to be 1 or 2. It is preferable to take as large a value as possible for m. In other words, when r is 2 or 3, if the value of m is 2, the subset is equal to the entire set, and the occurrence of any of the 10 events can be output to output a quinary random number value. Can contribute. However, when r is 2 or 3, the value of m may be 1. In this case, the subset is a true subset of the entire set, and 5 predetermined patterns out of 10 events. When an event occurs, it contributes to the output of a quinary random number value. Since 5 C 4 = 5, when r is 4, m is automatically determined to be 1. At this time, the subset is equal to the entire set, and all 5 C 4 events always belong to the subset. This contributes to the output of quinary random numbers.

本発明においては,前記出力手段が,前記検出手段によって前記n本の光路のうち前記r本の光路を光子が伝播したと検出された場合,その事象が,前記通りの事象の全集合における前記部分集合以外の補集合に属するとき,その事象に対応する−m×n進乱数値を出力することが好ましい。特に,−m×n≠nであってもよい。 In the present invention, when the output means detects that a photon has propagated through the r optical paths among the n optical paths by the detecting means, the event is all of the n C r events. when belonging to the complementary set other than the subset of the set, it is preferable to output a n C r -m × n-ary random value corresponding to the event. In particular, n Cr −m × n ≠ n may be satisfied.

例えば,n=4,r=2,m=1の場合,上記全集合の要素数は=6,上記部分集合の要素素は1×4であるから,上記補集合の要素数は−1×4=2≠4となる。この2事象間の相対的な出現確率は略等しいから,2進乱数値の出力に利用できる。 For example, when n = 4, r = 2, and m = 1, the number of elements in the entire set is 4 C 2 = 6, and the number of elements in the subset is 1 × 4. 4 C 2 −1 × 4 = 2 ≠ 4. Since the relative appearance probabilities between these two events are substantially equal, they can be used to output binary random numbers.

n本の光路のうち1本の光路が選択された事象だけでなく,r本の光路が選択された事象も,n進乱数の生成に寄与しうることとなるため,乱数の生成能率を低下しにくくすることができる。   Not only the event in which one optical path is selected from among the n optical paths, but also the event in which r optical paths are selected can contribute to the generation of n-ary random numbers, thus reducing the random number generation efficiency. Can be difficult.

実施例による光子4進乱数生成器の概略図。1 is a schematic diagram of a photon quaternary random number generator according to an embodiment. FIG. 実施例による光子5進乱数生成器の概略図。Schematic of a photon quinary random number generator according to an embodiment. 実施例による光子3進乱数生成器の概略図。1 is a schematic diagram of a photon ternary random number generator according to an embodiment. FIG. 他の実施例による光子4進乱数生成器の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of a photon quaternary random number generator according to another embodiment.

図1に,実施例による光子4進乱数生成器の概略図を示す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a photon quaternary random number generator according to an embodiment.

光源1が,コヒーレント光を出射する。コヒーレント光は,その光子数分布がポアソン分布を示す。光源1は,例えば,半導体レーザによって構成することができる。   The light source 1 emits coherent light. Coherent light has a Poisson distribution in its photon number distribution. The light source 1 can be constituted by a semiconductor laser, for example.

光減衰器2が,光源1から出射された光の強度を減衰させる。光減衰器2で減衰された光の,1回の試行あたりの平均光子数は,例えば,1/100以上,10未満である。   The optical attenuator 2 attenuates the intensity of the light emitted from the light source 1. The average number of photons per trial of the light attenuated by the optical attenuator 2 is, for example, 1/100 or more and less than 10.

ビームスプリッタ3に,光減衰器2で減衰された光が入射する。ビームスプリッタ3を透過した光子は,ビームスプリッタ4に入射し,ビームスプリッタ3で反射した光子は,ビームスプリッタ5に入射する。   The light attenuated by the optical attenuator 2 enters the beam splitter 3. Photons transmitted through the beam splitter 3 enter the beam splitter 4, and photons reflected by the beam splitter 3 enter the beam splitter 5.

ビームスプリッタ3〜5の透過率は,いずれも50%である。これらビームスプリッタ3〜5が,光減衰器2から出射した光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しい4本の光路を構成している。   The transmittances of the beam splitters 3 to 5 are all 50%. These beam splitters 3 to 5 constitute four optical paths having almost the same probability that any photon contained in the light emitted from the optical attenuator 2 propagates.

本明細書において,“略等しい”とは,厳密に等しい場合を勿論含む意味であり,かつ光路を分岐させる手段による分岐比(ここではビームスプリッタの透過率/反射率)の,理想値(ここでは50/50)からの数%程度以下の不可避的な誤差は許容するという意味である。   In this specification, “substantially equal” means to include a case where they are strictly equal, and an ideal value (here, the transmittance / reflectance of the beam splitter) of the branching ratio by means for branching the optical path (here, the beam splitter). In this case, an inevitable error of about several percent from 50/50) is allowed.

ビームスプリッタ4を透過した光は,光子検出器Aに入射し,ビームスプリッタ4で反射した光は,光子検出器Bに入射する。ビームスプリッタ5を透過した光は,光子検出器Cに入射し,ビームスプリッタ5で反射した光は,光子検出器Dに入射する。   The light transmitted through the beam splitter 4 enters the photon detector A, and the light reflected by the beam splitter 4 enters the photon detector B. The light transmitted through the beam splitter 5 enters the photon detector C, and the light reflected by the beam splitter 5 enters the photon detector D.

光子検出器A〜Dの各々は,例えば,アバランシェフォトダイオードで構成され,自己に少なくとも1つの光子が入射したとき,検出信号を出力する。試行毎に,光子検出器A〜Dのいずれが検出信号を出力したかによって,ビームスプリッタ3〜5で構成された4本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる。   Each of the photon detectors A to D is composed of, for example, an avalanche photodiode, and outputs a detection signal when at least one photon is incident on itself. For each trial, it is detected whether a photon has propagated through each of the four optical paths formed by the beam splitters 3 to 5 depending on which of the photon detectors A to D outputs a detection signal. can do.

インタフェース6に,光子検出器A〜Dの各々から出力される検出信号が入力される。インタフェース6は,試行毎に,光子検出器A〜Dの検出結果が表す事象を,制御装置7に伝える。   A detection signal output from each of the photon detectors A to D is input to the interface 6. The interface 6 notifies the control device 7 of an event represented by the detection results of the photon detectors A to D for each trial.

表1に,光子検出器A〜Dの検出結果が表す事象と,4進乱数値との対応例を示す。   Table 1 shows an example of correspondence between events represented by detection results of the photon detectors A to D and quaternary random values.

制御装置7は,表1の対応関係に従って,光子検出器A〜Dの検出結果が表す事象に対応する4進乱数のデータRNを,インタフェース6に出力させる。なお,制御装置7のこの機能は,ハードウエアによってもソフトウエアによっても実現できる。   The control device 7 causes the interface 6 to output quaternary random number data RN corresponding to the event represented by the detection results of the photon detectors A to D in accordance with the correspondence relationship in Table 1. Note that this function of the control device 7 can be realized by hardware or software.

区分(i)は,光子検出器A〜Dのいずれも検出信号を出力しなかった事象を表す。制御装置7は,このような事象は無視する。この場合,乱数値の出力は行われない。   Section (i) represents an event in which none of the photon detectors A to D output a detection signal. The control device 7 ignores such an event. In this case, no random number is output.

区分(ii)は,光子検出器A〜Dのうち1つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=4通りあり,かつそれら4事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に4進乱数値を割り当てることができる。 The section (ii) represents a set of events in which one of the photon detectors A to D outputs a detection signal. There are 4 C 1 = 4 such events, and the relative probability of occurrence among these 4 events is equal. Therefore, quaternary random values can be assigned to these events.

具体的には,制御装置7は,光子検出器Aだけが検出信号を出力した場合は4進乱数値0を出力させ,光子検出器Bだけが検出信号を出力した場合は4進乱数値1を出力させ,光子検出器Cだけが検出信号を出力した場合は4進乱数値2を出力させ,光子検出器Dだけが検出信号を出力した場合は4進乱数値3を出力させる。   Specifically, the control device 7 outputs a quaternary random value 0 when only the photon detector A outputs a detection signal, and a quaternary random value 1 when only the photon detector B outputs a detection signal. When only the photon detector C outputs a detection signal, a quaternary random value 2 is output, and when only the photon detector D outputs a detection signal, a quaternary random value 3 is output.

区分(iii)は,光子検出器A〜Dのうち2つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=6通りある。=6は,基数4の倍数ではないが,=6>4であり,かつそれら6事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,この6通りの事象の全集合のうち,要素数4の部分集合だけに着目すれば,それらに4進乱数値を割り当てることができる。なお,部分集合をどのように選ぶかは任意である。 The section (iii) represents a set of events in which two of the photon detectors A to D output detection signals. There are 4 C 2 = 6 such events. 4 C 2 = 6 is not a multiple of radix 4, but 4 C 2 = 6> 4, and the relative appearance probability among these 6 events is equal. Therefore, if attention is paid to only a subset of the number of elements 4 out of the total set of these six events, a quaternary random number value can be assigned to them. Note that how to select a subset is arbitrary.

本実施例では,その部分集合以外の,要素数2の補集合に属する事象は無視する。表1では,その補集合に属する事象の乱数値の欄に斜線を付した。   In the present embodiment, events belonging to the two-element complement other than the subset are ignored. In Table 1, the random value column of events belonging to the complement is shaded.

具体的には,制御装置7は,光子検出器AとCが検出信号を出力した場合は4進乱数値0を出力させ,光子検出器AとDが検出信号を出力した場合は4進乱数値1を出力させ,光子検出器BとCが検出信号を出力した場合は4進乱数値2を出力させ,光子検出器BとDが検出信号を出力した場合は4進乱数値3を出力させ,光子検出器AとBが検出信号を出力した事象,及び光子検出器CとDが検出信号を出力した事象は無視する。   Specifically, the control device 7 outputs a quaternary random value 0 when the photon detectors A and C output detection signals, and outputs a quaternary disturbance when the photon detectors A and D output detection signals. The numerical value 1 is output. When the photon detectors B and C output detection signals, the quaternary random value 2 is output. When the photon detectors B and D output detection signals, the quaternary random value 3 is output. The event that the photon detectors A and B output the detection signal and the event that the photon detectors C and D output the detection signal are ignored.

区分(iv)は,光子検出器A〜Dのうち3つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=4通りあり,かつそれら4事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に4進乱数値を割り当てることができる。 The section (iv) represents a set of events in which three of the photon detectors A to D output detection signals. There are 4 C 3 = 4 such events, and the relative appearance probabilities between these 4 events are equal. Therefore, quaternary random values can be assigned to these events.

具体的には,制御装置7は,光子検出器AとBとCが検出信号を出力した場合は4進乱数値0を出力させ,光子検出器AとBとDが検出信号を出力した場合は4進乱数値1を出力させ,光子検出器AとCとDが検出信号を出力した場合は4進乱数値2を出力させ,光子検出器BとCとDが検出信号を出力した場合は4進乱数値3を出力させる。   Specifically, the control device 7 outputs a quaternary random number value 0 when the photon detectors A, B, and C output detection signals, and the photon detectors A, B, and D output detection signals. Causes quaternary random value 1 to be output, photon detectors A, C, and D output detection signals, quaternary random value 2 to be output, and photon detectors B, C, and D output detection signals Causes a quaternary random value 3 to be output.

区分(v)は,光子検出器A〜Dのすべてが検出信号を出力した事象を表す。制御装置7,このような事象は無視する。この場合,乱数値の出力は行われない。   The section (v) represents an event in which all of the photon detectors A to D output detection signals. The control device 7 ignores such an event. In this case, no random number is output.

本実施例では,光子検出器A〜Dによる1回のサンプリングが,1回の試行に該当する。光減衰器2で減衰された光は,1回の試行あたりに,即ち光子検出器A〜Dのサンプリング周期あたりに,複数光子を含みうる。しかし,4本の光路のうち1本の光路が選択された事象だけでなく,2本の光路が選択された事象も,3本の光路が選択された事象も,4進乱数の生成に寄与するため,乱数の生成能率を低下しにくくすることができる。   In the present embodiment, one sampling by the photon detectors A to D corresponds to one trial. The light attenuated by the optical attenuator 2 can include a plurality of photons per trial, that is, per sampling period of the photon detectors A to D. However, not only the event in which one of the four optical paths is selected, but also the event in which two optical paths are selected and the event in which three optical paths are selected contribute to the generation of quaternary random numbers. Therefore, it is possible to make it difficult to reduce the random number generation efficiency.

4進乱数値0〜3をそれぞれ2ビット(2桁の2進数)で表すことを考える。例えば,0→00,1→01,2→10,3→11と対応付ければよい。このようにして,各4進乱数値を2ビットで表した4進乱数列は,2進乱数列とみることもできる。表1の16通りの事象が順次生起したとする。本実施例によれば,そのうち12通りの各事象において4進乱数値を出力するから,合計24ビットの出力がなされることとなる。   Consider that the quaternary random numbers 0 to 3 are each represented by 2 bits (two-digit binary number). For example, it may be associated with 0 → 00, 1 → 01, 2 → 10, 3 → 11. In this way, a quaternary random number sequence in which each quaternary random number value is represented by 2 bits can be regarded as a binary random number sequence. Assume that 16 events in Table 1 occur sequentially. According to the present embodiment, a quaternary random number value is output in each of 12 different events, so that a total of 24 bits are output.

比較例として,特許文献3の乱数生成器では,同じく表1の16通りの事象が順次生起した場合,合計16ビットの出力しかなされない。このことから,本実施例が,乱数の生成能率の面で特許文献3の技術に勝ることが分かる。   As a comparative example, in the random number generator of Patent Document 3, when the 16 events shown in Table 1 occur sequentially, only a total of 16 bits are output. From this, it can be seen that the present embodiment is superior to the technique of Patent Document 3 in terms of random number generation efficiency.

さらに,上記実施例では,表1の区分(iii)の事象AB及びCDを無視したが,それら2事象間の相対的な出現確率は等しいため,それらの事象に2進乱数値を割り当てることができる。例えば,制御装置7が,光子検出器AとBが検出信号を出力した場合は2進乱数値0を出力させ,光子検出器CとDが検出信号を出力した場合は2進乱数値1を出力させる場合,表1の16通りの事象が順次生起したとき,合計26ビットの出力がなされることとなる。これにより,乱数の生成能率を一層低下しにくくすることができる。   Further, in the above embodiment, the events AB and CD in the section (iii) in Table 1 are ignored, but since the relative appearance probabilities between these two events are equal, binary random values can be assigned to these events. it can. For example, when the photon detectors A and B output a detection signal, the control device 7 outputs a binary random value 0, and when the photon detectors C and D output a detection signal, a binary random value 1 is output. When outputting, when the 16 events in Table 1 occur in sequence, a total of 26 bits are output. As a result, the random number generation efficiency can be further reduced.

図2は,他の実施例による光子5進乱数生成器の概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram of a photon quinary random number generator according to another embodiment.

光源8から出射されたコヒーレント光が,光減衰器9で減衰される。その減衰された光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しい5本の光路が,ビームスプリッタ10〜13によって構成されている。   The coherent light emitted from the light source 8 is attenuated by the optical attenuator 9. The beam splitters 10 to 13 form five optical paths that have almost the same probability of propagation of photons contained in the attenuated light.

具体的には,ビームスプリッタ10の透過率は2/5(反射率は3/5),ビームスプリッタ11の透過率は1/2(反射率も1/2),ビームスプリッタ12の透過率は1/3(反射率は2/3),ビームスプリッタ13の透過率は1/2(反射率も1/2)である。   Specifically, the transmittance of the beam splitter 10 is 2/5 (reflectance is 3/5), the transmittance of the beam splitter 11 is 1/2 (the reflectivity is also 1/2), and the transmittance of the beam splitter 12 is 1/3 (reflectance is 2/3) and the transmittance of the beam splitter 13 is 1/2 (reflectance is also 1/2).

光子検出器A〜Eによって,5本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる。インタフェース14に,光子検出器A〜Eの各々から出力される検出信号が入力される。   The photon detectors A to E can detect whether or not a photon has propagated through each of the five optical paths. A detection signal output from each of the photon detectors A to E is input to the interface 14.

表2に,光子検出器A〜Eの検出結果が表す事象と,5進乱数値との対応例を示す。   Table 2 shows an example of correspondence between events represented by detection results of the photon detectors A to E and quinary random numbers.

制御装置15は,表2の対応関係に従って,光子検出器A〜Eの検出結果が表す事象に対応する5進乱数のデータRNを,インタフェース14に出力させる。   The control device 15 causes the interface 14 to output the ternary random number data RN corresponding to the event represented by the detection results of the photon detectors A to E according to the correspondence relationship in Table 2.

区分(i)は,光子検出器A〜Eのいずれも検出信号を出力しなかった事象を表す。このような事象は無視する。   The category (i) represents an event in which none of the photon detectors A to E output a detection signal. Ignore such events.

区分(ii)は,光子検出器A〜Eのうち1つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=5通りあり,かつそれら5事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に5進乱数値を割り当てることができる。 The section (ii) represents a set of events in which one of the photon detectors A to E outputs a detection signal. There are 5 C 1 = 5 such events, and the relative probability of occurrence among these five events is equal. Therefore, quinary random values can be assigned to these events.

区分(iii)は,光子検出器A〜Eのうち4つが検出信号を出力した事象の集合を表す。そのような事象は,=5通りあり,かつそれら4事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に5進乱数値を割り当てることができる。 The section (iii) represents a set of events in which four of the photon detectors A to E output detection signals. There are 5 C 4 = 5 such events, and the relative probability of occurrence among these 4 events is equal. Therefore, quinary random values can be assigned to these events.

区分(iv)は,光子検出器A〜Eのすべてが検出信号を出力した事象を表す。このような事象は無視する。   The section (iv) represents an event in which all of the photon detectors A to E output detection signals. Ignore such events.

区分(v)は,光子検出器A〜Eのうち2つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=10通りある。これは基数5の倍数であり(=5×2),かつそれら10事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,この10通りの全事象のうち,要素数5の部分集合に5進乱数値を割り当て,残余の要素数5の補集合にも5進乱数値を割り当てることができる。 The section (v) represents a set of events in which two of the photon detectors A to E output detection signals. There are 5 C 2 = 10 such events. This is a multiple of radix 5 ( 5 C 2 = 5 × 2), and the relative appearance probabilities among these 10 events are equal. Therefore, among all the ten events, a quinary random number value can be assigned to a subset of 5 elements, and a quinary random value can also be assigned to a complement of the remaining 5 elements.

区分(vi)は,光子検出器A〜Eのうち3つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=10通りある。これは基数5の倍数であり(=5×2),かつそれら10事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,この10通りの全事象のうち,要素数5の部分集合に5進乱数値を割り当て,残余の要素数5の補集合にも5進乱数値を割り当てることができる。 The section (vi) represents a set of events in which three of the photon detectors A to E output detection signals. There are 5 C 3 = 10 such events. This is a multiple of radix 5 ( 5 C 2 = 5 × 2), and the relative appearance probabilities among these 10 events are equal. Therefore, among all the ten events, a quinary random number value can be assigned to a subset of 5 elements, and a quinary random value can also be assigned to a complement of the remaining 5 elements.

図3は,さらに他の実施例による光子3進乱数生成器の概略図である。   FIG. 3 is a schematic diagram of a photon ternary random number generator according to still another embodiment.

光源16から出射されたコヒーレント光が,光減衰器17で減衰される。その減衰された光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しい3本の光路が,ビームスプリッタ18及び19によって構成されている。   The coherent light emitted from the light source 16 is attenuated by the optical attenuator 17. The beam splitters 18 and 19 form three optical paths that have almost the same probability of propagation of photons contained in the attenuated light.

具体的には,ビームスプリッタ18の透過率は2/3(反射率は1/3),ビームスプリッタ19の透過率は1/2(反射率も1/2)である。   Specifically, the transmittance of the beam splitter 18 is 2/3 (reflectance is 1/3), and the transmittance of the beam splitter 19 is 1/2 (reflectance is also 1/2).

光子検出器A〜Cによって,3本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる。インタフェース20に,光子検出器A〜Cの各々から出力される検出信号が入力される。   The photon detectors A to C can detect whether or not a photon has propagated through each of the three optical paths. A detection signal output from each of the photon detectors A to C is input to the interface 20.

表3に,光子検出器A〜Cの検出結果が表す事象と,3進乱数値との対応例を示す。   Table 3 shows an example of correspondence between events represented by the detection results of the photon detectors A to C and ternary random values.

制御装置21は,表3の対応関係に従って,光子検出器A〜Cの検出結果が表す事象に対応する3進乱数のデータRNを,インタフェース20に出力させる。   The control device 21 causes the interface 20 to output ternary random number data RN corresponding to the event represented by the detection results of the photon detectors A to C in accordance with the correspondence relationship in Table 3.

区分(i)は,光子検出器A〜Cのいずれも検出信号を出力しなかった事象を表す。このような事象は無視する。   The section (i) represents an event in which none of the photon detectors A to C output a detection signal. Ignore such events.

区分(ii)は,光子検出器A〜Cのうち1つが検出信号を出力した事象の集合を表す。このような事象は,=3通りあり,かつそれら3事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に3進乱数値を割り当てることができる。 The section (ii) represents a set of events in which one of the photon detectors A to C outputs a detection signal. There are 3 C 1 = 3 such events, and the relative probability of occurrence among these three events is equal. Therefore, ternary random values can be assigned to these events.

区分(iii)は,光子検出器A〜Cのうち2つが検出信号を出力した事象の集合を表す。そのような事象は,=3通りあり,かつそれら3事象間の相対的な出現確率は等しい。そこで,それらの事象に3進乱数値を割り当てることができる。 The section (iii) represents a set of events in which two of the photon detectors A to C output detection signals. There are 3 C 2 = 3 such events, and the relative probability of occurrence among these three events is equal. Therefore, ternary random values can be assigned to these events.

区分(iv)は,光子検出器A〜Cのすべてが検出信号を出力した事象を表す。このような事象は無視する。   The section (iv) represents an event in which all of the photon detectors A to C output detection signals. Ignore such events.

図4に,他の実施例による光子4進乱数生成器の概略図を示す。   FIG. 4 shows a schematic diagram of a photon quaternary random number generator according to another embodiment.

光源22が,計時装置29から与えられるパルスタイミング信号に同期して,直線偏光であるパルスレーザ光を次々に出射する。光源22は,例えば,パルス半導体レーザを用いて構成することができる。   The light source 22 emits pulse laser light, which is linearly polarized light, one after another in synchronization with the pulse timing signal given from the time measuring device 29. The light source 22 can be configured using, for example, a pulsed semiconductor laser.

光減衰器23が,そのパルスレーザ光の強度を減衰させる。減衰されたパルスレーザ光の,1パルスあたりの平均光子数は,例えば,1/100以上10未満である。   The optical attenuator 23 attenuates the intensity of the pulse laser beam. The average number of photons per pulse of the attenuated pulse laser beam is, for example, 1/100 or more and less than 10.

偏光ビームスプリッタ24〜27に,パルスレーザ光が入射する。これら偏光ビームスプリッタ24〜27は,パルスレーザ光の直線偏光方向が,自己に対してP偏光とS偏光とを等しい重みで重ね合わせた斜め直線偏光方向となる向きに配置されている。   Pulse laser light enters the polarization beam splitters 24 to 27. These polarization beam splitters 24 to 27 are arranged in such a direction that the linear polarization direction of the pulsed laser light is an oblique linear polarization direction in which P-polarized light and S-polarized light are superposed with equal weight on itself.

このため,パルスレーザ光に含まれる光子が,偏光ビームスプリッタ24を透過する確率も,反射する確率も,等しく50%である。偏光ビームスプリッタ24を透過したP偏光の光子は,偏光ビームスプリッタ25に対してもP偏光であるため,偏光ビームスプリッタ25を透過する。偏光ビームスプリッタ24で反射したS偏光の光子は,偏光ビームスプリッタ25に対してもS偏光であるため,偏光ビームスプリッタ25で反射される。   For this reason, the probability that the photons contained in the pulsed laser light are transmitted through the polarization beam splitter 24 and reflected is equal to 50%. The P-polarized photon that has passed through the polarizing beam splitter 24 is also P-polarized with respect to the polarizing beam splitter 25, and thus passes through the polarizing beam splitter 25. The S-polarized photon reflected by the polarizing beam splitter 24 is also reflected by the polarizing beam splitter 25 because it is also S-polarized by the polarizing beam splitter 25.

1/4波長板QWPに,偏光ビームスプリッタ25を透過したP偏光の光子,又は偏光ビームスプリッタ25で反射されたS偏光の光子が入射する。1/4波長板QWPは,そのP偏光方向及びS偏光方向に対して,自己の速相軸及び遅相軸を45°傾けた状態で配置されている。このため,1/4波長板QWPは,P偏光を右回り円偏光に変換し,S偏光を左回り円偏光に変換する。   P-polarized photons transmitted through the polarizing beam splitter 25 or S-polarized photons reflected by the polarizing beam splitter 25 are incident on the quarter-wave plate QWP. The quarter-wave plate QWP is disposed with its own fast phase axis and slow axis tilted by 45 ° with respect to the P polarization direction and the S polarization direction. For this reason, the quarter wave plate QWP converts P-polarized light into clockwise circularly polarized light and converts S-polarized light into counterclockwise circularly polarized light.

偏光ビームスプリッタ26に,右回り円偏光の光子,又は左回り円偏光の光子が入射する。右回り円偏光も左回り円偏光も,P偏光成分とS偏光成分とを等しく含むので,偏光ビームスプリッタ26に入射した光子が,偏光ビームスプリッタ26を透過する確率も,反射する確率も,等しく50%である。   A clockwise circularly polarized photon or a counterclockwise circularly polarized photon is incident on the polarization beam splitter 26. Since both the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light contain the P-polarized light component and the S-polarized light component equally, the probability that the photon incident on the polarizing beam splitter 26 will be transmitted through the polarized beam splitter 26 and reflected will be equal. 50%.

偏光ビームスプリッタ26を透過したP偏光の光子は,偏光ビームスプリッタ27に対してもP偏光であるため,偏光ビームスプリッタ27を透過する。偏光ビームスプリッタ26で反射した光子は,偏光ビームスプリッタ27に対してもS偏光であるため,偏光ビームスプリッタ27で反射される。   The P-polarized photon that has passed through the polarization beam splitter 26 is also P-polarized light with respect to the polarization beam splitter 27, and therefore passes through the polarization beam splitter 27. The photon reflected by the polarization beam splitter 26 is also S-polarized by the polarization beam splitter 27 and is reflected by the polarization beam splitter 27.

光源22から出射されたパルスレーザ光の1パルスに含まれる光子は,偏光ビームスプリッタ24〜27のすべてを透過する第1の光路,偏光ビームスプリッタ24及び25を透過し,偏光ビームスプリッタ26及び27で反射する第2の光路,偏光ビームスプリッタ24及び25で反射し,偏光ビームスプリッタ26及び27を透過する第3の光路,並びに偏光ビームスプリッタ24〜27のすべてで反射する第4の光路のいずれを伝播する確率も略等しい。但し,これら4つの光路の光路長は互いに異なる。   Photons included in one pulse of the pulsed laser light emitted from the light source 22 are transmitted through the first optical path, the polarized beam splitters 24 and 25, which pass through all of the polarized beam splitters 24 to 27, and the polarized beam splitters 26 and 27. Any of the second optical path reflected by the polarizing beam splitters 24 and 25, the third optical path reflected by the polarizing beam splitters 26 and 27, and the fourth optical path reflected by all the polarizing beam splitters 24-27. Probability of propagating is almost equal. However, the optical path lengths of these four optical paths are different from each other.

光子検出器28に,偏光ビームスプリッタ27から出射した光子が入射する。光子検出器28は,例えば,アバランシェフォトダイオードで構成され,自己に少なくとも1つの光子が入射する毎に,検出信号を出力する。   Photons emitted from the polarization beam splitter 27 are incident on the photon detector 28. The photon detector 28 is composed of, for example, an avalanche photodiode, and outputs a detection signal each time at least one photon is incident on itself.

計時装置29が,試行毎に,即ち光源22にパルスタイミング信号を与える毎に,光子検出器28から検出信号を取得した時刻の,そのパルス信号を与えた時刻を基準とする相対時刻を表すデータをインタフェース30に与える。   Data representing the relative time with respect to the time at which the pulse signal is given, at the time when the timing device 29 obtains the detection signal from the photon detector 28 every time the pulse timing signal is given to the light source 22. To the interface 30.

第1〜第4の光路の光路長は互いに異なるから,計時装置29は,異なる4つの相対時刻の各々において,光子検出器28から検出信号を取得する可能性がある。光路と相対時刻とが1:1に対応するから,相対時刻によってどの光路が選択されたかを検出できる。   Since the optical path lengths of the first to fourth optical paths are different from each other, the timing device 29 may acquire a detection signal from the photon detector 28 at each of four different relative times. Since the optical path and the relative time correspond to 1: 1, it is possible to detect which optical path is selected based on the relative time.

それら4つの相対時刻をA,B,C,Dで表すことにすれば,制御装置31は,表1の対応関係を用いて,インタフェース30に乱数RNを出力させることができる。   If these four relative times are represented by A, B, C, and D, the control device 31 can cause the interface 30 to output a random number RN using the correspondence relationship in Table 1.

なお,相対時刻の間隔が,光子検出器28の不感時間,即ち或る光子を検出した後,次の光子を検出可能になるまでの時間より長くなるように,第1〜第4の光路の光路長差が設定されている。光路長差は,空間的距離だけでなく,屈折率によっても調整できる。   It should be noted that the relative time interval is longer than the dead time of the photon detector 28, that is, the time from when a certain photon is detected until the next photon can be detected. The optical path length difference is set. The optical path length difference can be adjusted not only by the spatial distance but also by the refractive index.

本実施例では,光源22からのパルスレーザ光の1つのパルスの出射が,1回の試行に該当する。光減衰器2で減衰された光は,1回の試行あたりに,即ち1パルスあたりに,複数光子を含みうる。しかし,4本の光路のうち1本の光路が選択された事象だけでなく,2本の光路が選択された事象も,3本の光路が選択された事象も,4進乱数の生成に寄与するため,乱数の生成能率を低下しにくくすることができる。   In this embodiment, emission of one pulse of pulsed laser light from the light source 22 corresponds to one trial. The light attenuated by the optical attenuator 2 can include a plurality of photons per trial, that is, per pulse. However, not only the event in which one of the four optical paths is selected, but also the event in which two optical paths are selected and the event in which three optical paths are selected contribute to the generation of quaternary random numbers. Therefore, it is possible to make it difficult to reduce the random number generation efficiency.

以上,実施例に沿って本発明を説明したが,本発明はこれに限られない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to this.

上記実施例では,光源に半導体レーザを用いたが,レーザ光を出射するレーザ光源としては,例えば,YAGレーザやチタンサファイヤレーザ等の固体レーザ,若しくはガスレーザ,又は量子ドットレーザ等を用いることもできる。さらに,光源から出射される光の量子状態はコヒーレント状態に限られず,複数の光子数状態の重ね合わせ状態である純粋状態,若しくは複数の光子数状態の混合状態,又はそれらの確率的混合であってもよい。要するに,1回の試行あたりの光子数が1である確率も複数である確率もゼロでないような光子数分布を示す量子状態の光であればよい。光源には,例えば,発光ダイオード,ハロゲンランプ,放電灯,その他,熱状態の光を出射する光源を用いてもよい。光源から出射される光は,CW光であってもパルス光であってもよい。   In the above embodiment, a semiconductor laser is used as a light source. However, as a laser light source that emits laser light, for example, a solid-state laser such as a YAG laser or a titanium sapphire laser, a gas laser, or a quantum dot laser can be used. . Furthermore, the quantum state of the light emitted from the light source is not limited to the coherent state, and may be a pure state that is a superposition state of a plurality of photon states, a mixed state of a plurality of photon states, or a stochastic mixture thereof. May be. In short, it is only necessary that the light is in a quantum state showing a photon number distribution in which the probability that the number of photons per trial is 1 and the probability that they are plural are not zero. As the light source, for example, a light emitting diode, a halogen lamp, a discharge lamp, or other light sources that emit light in a heat state may be used. The light emitted from the light source may be CW light or pulsed light.

上記実施例では,光子検出器にアバランシェフォトダイオードを用いたが,半導体を用いた光子検出器に限らず,例えば,超電導を用いた光子検出器や,光電子増倍管等を用いることもできる。   In the above embodiment, an avalanche photodiode is used as the photon detector. However, the photon detector is not limited to a semiconductor, and for example, a photon detector using superconductivity, a photomultiplier tube, or the like can be used.

上記実施例では,光路の分岐にビームスプリッタや偏光ビームスプリッタを用いたが,光ファイバカプラを用いてもよい。光源以外からの光その他の電磁波が光子検出器に入射することを防止するための遮蔽手段を用いてよい。本発明の光子乱数生成器は,少なくともその一部を光集積回路として実現することにより,小型化が可能である。この他,種々の変更,改良,及び組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   In the above embodiment, a beam splitter or a polarization beam splitter is used for branching the optical path, but an optical fiber coupler may be used. Shielding means for preventing light from other than the light source and other electromagnetic waves from entering the photon detector may be used. The photon random number generator of the present invention can be miniaturized by realizing at least a part thereof as an optical integrated circuit. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

本発明の乱数生成器は,例えば,シミュレーション,数値計算,暗号,ワンタイムパスワードの生成,ゲーム等に利用することができる。   The random number generator of the present invention can be used for, for example, simulation, numerical calculation, encryption, one-time password generation, game, and the like.

1…光源,
2…光減衰器,
3〜5…ビームスプリッタ,
6…インタフェース,
7…制御装置,
8…光源,
9…光減衰器,
10〜13…ビームスプリッタ,
14…インタフェース,
15…制御装置,
16…光源,
17…光減衰器,
18,19…ビームスプリッタ,
20…インタフェース,
21…制御装置,
22…光源,
23…光減衰器,
24〜27…偏光ビームスプリッタ,
28…光子検出器,
29…計時装置,
30…インタフェース,
31…制御装置,
QWP…1/4波長板,
A,B,C,D,E…光子検出器。
1 ... light source,
2 ... optical attenuator,
3-5 ... Beam splitter,
6 ... interface,
7 ... Control device,
8 ... light source,
9: Optical attenuator,
10-13 ... Beam splitter,
14 ... interface,
15 ... Control device,
16 ... light source,
17 ... optical attenuator,
18, 19 ... Beam splitter,
20 ... interface,
21 ... Control device,
22 ... Light source,
23. Optical attenuator,
24-27 ... Polarizing beam splitter,
28: Photon detector,
29 ... Timing device,
30 ... interface,
31 ... Control device,
QWP: 1/4 wavelength plate,
A, B, C, D, E: Photon detector.

Claims (3)

1回の試行あたりの光子数が1である確率も複数である確率もゼロでないような光子数分布を示す量子状態の光を出射する光源と,
前記光源から出射される光が入射し,前記光に含まれる光子がいずれを伝播する確率も略等しいn(但し,n≧3とする。)本の光路を構成する光学系と,
前記光学系によって構成された前記n本の光路の各々について,その光路を光子が伝播したか否かを検出することができる検出手段と,
前記検出手段によって,前記n本の光路のうちいずれか1本の光路を光子が伝播したと検出された場合に,その事象に対応するn進乱数値を出力し,かつ前記n本の光路のうちr(但し,rは,mを1以上の自然数としたとき,≧m×nを満たす1<r<nの自然数とする。)本の光路を光子が伝播したと検出された場合にも,その事象が,この場合の通りの事象の全集合における要素数m×nの予め定められた部分集合に属するとき,その事象に対応するn進乱数値を出力する出力手段と
を備えた光子乱数生成器。
A light source that emits light in a quantum state exhibiting a photon number distribution such that the probability that the number of photons per trial is 1 and the probability that it is plural is not zero;
An optical system that constitutes n (where n ≧ 3) optical paths, in which light emitted from the light source is incident and the probability of propagation of photons contained in the light is substantially equal;
Detection means capable of detecting whether or not a photon has propagated through each of the n optical paths configured by the optical system;
When it is detected by the detection means that a photon has propagated through any one of the n optical paths, an n-ary random number value corresponding to the event is output, and the n optical paths Of these, r (where r is a natural number satisfying 1 <r <n satisfying n C r ≧ m × n, where m is a natural number of 1 or more) is detected that a photon has propagated through one optical path. Even in this case, when the event belongs to a predetermined subset of the number of elements m × n in the entire set of n C r events in this case, an output that outputs an n-ary random number value corresponding to the event And a photon random number generator.
前記出力手段が,前記検出手段によって前記n本の光路のうち前記r本の光路を光子が伝播したと検出された場合,その事象が,前記通りの事象の全集合における前記部分集合以外の補集合に属するとき,その事象に対応する−m×n進乱数値を出力する請求項1に記載の光子乱数生成器。 When the output means detects that the photon has propagated through the r optical paths among the n optical paths by the detecting means, the event is the subset of the total set of the n C r events. 2. The photon random number generator according to claim 1, wherein, when belonging to a complementary set other than, outputs an n C r −m × n-ary random number value corresponding to the event. コンピュータを,請求項1又は2に記載の光子乱数検出器における前記出力手段として機能させるプログラム。   A program for causing a computer to function as the output means in the photon random number detector according to claim 1.
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