JP7381030B2

JP7381030B2 - 真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器

Info

Publication number: JP7381030B2
Application number: JP2022519996A
Authority: JP
Inventors: ホイリンルオ; チエチュンチェン
Original assignee: Shrong Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Shrong Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2041-05-31
Also published as: CN111488993A; EP4163839A4; US20220308839A1; EP4163839A1; WO2021244491A1; JP2022550789A; KR20220054667A

Description

本開示は、真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器に関するが、これに限定されない。

本開示は、２０２０年０６月０３日に中国特許局へ出願された、出願番号が２０２０１０４９２７５８．７であって、発明名称が「真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器」である中国特許出願の優先権を主張し、その全体が、参照によって本開示に取り込まれる。

社会的な情報化の高度化に伴い、情報の利便性および安全性が一層求められるようになってきた。暗号技術は情報セキュリティの重要な構成要素であり、真の乱数を発生させうると考えられる量子技術は広く注目され、実用化が進んでいる。真空のゆらぎ技術の基本的原理は、量子光学では、相空間における真空の振幅と位相の直交成分が同時に精度良く検出できないことである。

以下は、本開示で詳細に説明する主題についての概要である。この概要は、請求項の保護範囲を限定するためのものではない。

本開示は、レーザ光源と、非等比例光分岐器と、プログラマブルロジックと、ｎグループの差動検出器と、ｎグループの順次接続された増幅器と、アナログ－デジタル変換器とを含み、前記レーザ光源から発されたレーザ信号が、前記非等比例光分岐器を介してｎ個の第１ビームとｎ個の第２ビーム（ｎが２以上の整数である）に分岐され、前記第１ビームの各々は、１個の前記第２ビームに対応して１グループの前記差動検出器の入力ポートに入力され、各グループの前記差動検出器の出力ポートは、前記増幅器の入力ポートに対応して接続され、前記アナログ－デジタル変換器の出力ポートは、前記プログラマブルロジックの入力ポートに接続される真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器を提供する。

なかでも、前記差動検出器は、減算器と、並列に設置された第１の光検出器及び第２の光検出器とを含み、前記第２の光検出器の入力ポートに可変光減衰器が設けられ、前記第１ビーム及び前記第２ビームは、それぞれ前記第１の光検出器及び前記可変光減衰器に入力され、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器の出力ポートは、共に、前記減算器の入力ポートに接続され、前記減算器の出力ポートは、前記増幅器の入力ポートに接続される。

なかでも、前記第１ビームの光強度は、前記第２ビームの光強度よりも小さい。

ｎ＝２の場合、前記第１ビームは、前記レーザ信号の１０％または１５％または２０％であり、前記第２ビームは、前記レーザ信号の４０％または３５％または３０％であり、ｎ＝３の場合、前記第１ビームは前記レーザ信号の１／９であり、前記第２ビームは前記レーザ信号の２／９である。

本開示の実施例における真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器は、以下の利点を達成することができる。

本開示の高速量子乱数発生器は、レーザ信号を非等分にした後、少なくとも２グループの差動検出器に入力して差動した後に増幅・再フィルタ処理を行い、合成した後、高速のデジタル乱数となり、この高速量子乱数発生器は、電気的ノイズを効果的に相殺すると共に、可変デバイスを減らすことができ、省スペース化、デバッグ工程を減らして、製品の信頼性と生産性を向上させることができる。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する図面は、本開示の実施例を示し、かつ、説明と共に本開示の実施例の原理を説明するためのものである。これらの図面において、同様の符号が同様の要素を示すために用いられる。以下の説明における図面は、本開示のいくつかの実施例であり、すべての実施例ではない。当業者にとって、進歩性に値する労力を払わない前提でこれらの図面から他の図面を得ることができる。
本開示の実施例による高速量子乱数発生器の模式図を例示的に示す。

本開示の実施例の目的、技術案、および利点をより明確にするために、以下、本開示の実施例における技術案を、本開示の実施例における図面と併せて、明確かつ完全に説明するが、明らかに、説明される実施例は、本開示の一部の実施例であり、すべての実施例ではない。本開示の実施例に基づいて、進歩性に値する労働を払わない前提で当業者が得た他のすべての実施例は、何れも、本開示の保護範囲に属する。なお、本開示における実施例および実施例中の特徴は、矛盾しない限り、互いに任意に組み合わせることができる。

本開示は、非等比例光分岐器を用いて、レーザ光源のレーザ信号を複数の比較的強いビーム信号と複数の比較的弱いビーム信号とに分割し、比較的強いビーム信号に対して減衰調整を行った後、比較的弱いビーム信号と差分を行ってから増幅し、更に増幅後の信号に対してアナログ－デジタル変換を行い、分割後に上記処理を経た複数グループのアナログ－デジタル変換信号をプログラマブルロジックに入力して合成し、高速のデジタル乱数を形成し、即ち高速量子乱数信号を得る。

以下、図面を参照しながら、本開示で提供される真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器を詳細に説明する。

図１は、本開示の高速量子乱数発生器の一つの具体的な実施例の模式図を示した。図１を参照すると、この高速量子乱数発生器は、レーザ光源１と、非等比例光分岐器２と、プログラマブルロジック３と、ｎグループの差動検出器４と、ｎグループの順次接続された増幅器５と、アナログ－デジタル変換器６とを含む。ここで、レーザ光源１から発されたレーザ信号が、非等比例光分岐器２を介してｎ個の第１ビームとｎ個の第２ビーム（ｎが２以上の整数である）に分岐され、第１ビームと第２ビームとの光強度が異なる。例えば図１に示す実施例では、ｎ＝２である。量子ノイズの発生はレーザ光源の安定性に強く要求され、レーザ光源のコストが高いため、この技術案では１つのレーザ光源１を用いて、非等比例光分岐器２を用いてレーザ信号を複数に分けてそれぞれ検出し、製品コストを効果的に低減し、製品の信頼性を向上させることができる。

この高速量子乱数発生器において、第１ビームの各々は、１個の第２ビームに対応して１グループの差動検出器４の入力ポートに入力され、各グループの差動検出器４の出力ポートは、増幅器５の入力ポートに対応して接続され、アナログ－デジタル変換器６の出力ポートは、プログラマブルロジック３の入力ポートに接続される。差動検出器４により第１ビームと第２ビームの信号を別々に検出して差分を求めて、その後、増幅器５によりその差分を増幅してからアナログ－デジタル変換器６に送ってアナログ－デジタル変換を行い、そしてプログラマブルロジック３に送り、プログラマブルロジック３は、アナログ－デジタル変換後の各信号に対してフィルタリング処理を行って、残留した電気的ノイズを除去して１つの信号に合成し、高速デジタル乱数信号、即ち高速量子乱数信号を得る。アナログ－デジタル変換器６は、乱数の発生率を倍に向上させることができるとともに、ｎ個の信号間でのランダムなノイズの無相関を保証する。

本実施例では、差動検出器４は、減算器４０と、並列に設置された第１の光検出器４１及び第２の光検出器４２とを含み、第１の光検出器４１及び第２の光検出器４１の出力ポートは、共に、減算器４０の入力ポートに接続され、減算器４０の出力ポートは、増幅器５の入力ポートに接続される。第１の光検出器４１及び第２の光検出器４２は、それぞれ第１ビーム及び第２ビームを光電変換して、光信号を電気信号に変換し、その後、減算器４０によって２つの信号の差分を求めて増幅器５に出力して増幅処理を行う。ここで、第２の光検出器４２の入力ポートに可変光減衰器４３が設けられ、すなわち、第１の光検出器４１の分岐路と第２の光検出器４２の分岐路に出力されるビームの光強度は異なり、第１の光検出器４１に入るビームの光強度は、可変光減衰器４３に入るビームの光強度よりも弱いことが好ましい。例えば、第１ビームの光強度が第２ビームの光強度よりも弱いと、第１ビームは第１の光検出器４１に入力され、第２ビームは可変光減衰器４３に入力され、可変光減衰器４３で減衰された後に第２の光検出器４２に入る。

例示的に、ｎ＝２の場合、第１ビームは、レーザ信号の１０％または１５％または２０％であってもよく、第２ビームは、レーザ信号の４０％または３５％または３０％であり、ｎ＝３の場合、第１ビームはレーザ信号の１／９であり、第２ビームはレーザ信号の２／９である。

例えば、レーザ光源１から出力された光パワーがＰであるレーザ信号は、非等比例光分岐器２を介して、２個の光パワーが０．１Ｐである第１ビームと２個の光パワーが０．４Ｐである第２ビーム、又は２個の光パワーが０．２Ｐである第１ビームと２個の光パワーが０．３Ｐである第２ビームに分岐される。

本明細書において、表現用語の「含む」、「含有する」、またはそれらの任意の他の変形形態は、非排他的な包含をカバーすることが意図されて、一連の要素を含む物品または設備は、それらの要素だけでなく、明示的に列挙されていない他の要素も含み、またはそのような物品または設備の固有の要素も含むようになる。「……を含む」という表現によって定義される要素は、これ以上限定しない場合、追加の同一の要素が、前記要素を含む物品又は装置中にさらに存在することを除外しない。

当業者は明細書に開示される発明を考慮および実施した後、本開示の他の実施案を容易に想到する。本願は、本開示の一般原理に従い、本開示に開示されていない当技術分野における公知常識又は慣用技術手段を含む、本開示のいかなる変形、使用、又は適応的な変化を包むことが意図される。明細書および実施例は、単に例示としてみなされるものであり、本開示の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

本開示は、上記で既に説明され、図面に示された厳密な構造に限定されず、その範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がなされ得ることを理解されるべきである。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって規定される。

本開示は、真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器を提供し、非等比例光分岐器を用いて、レーザ光源のレーザ信号を複数の比較的強いビーム信号と複数の比較的弱いビーム信号とに分割し、製品コストを効果的に低減し、製品の信頼性を向上させる。比較的強いビーム信号に対して減衰調整を行った後、比較的弱いビーム信号と差分を行ってから増幅し、更に増幅後の信号に対してアナログ－デジタル変換を行い、分割後に上記処理を経た複数グループのアナログ－デジタル変換信号をプログラマブルロジックに入力して合成し、高速のデジタル乱数を形成し、即ち高速量子乱数信号を得る。電気的ノイズを効果的に相殺すると共に、可変デバイスを減らすことができ、省スペース化、デバッグ工程を減らして、製品の信頼性と生産性を向上させることができる。

Claims

真空のゆらぎ技術に基づく高速量子乱数発生器であって、
レーザ光源（１）と、非等比例光分岐器（２）と、プログラマブルロジック（３）と、ｎグループの差動検出器（４）と、ｎグループの順次接続された増幅器（５）と、アナログ－デジタル変換器（６）とを含み、前記レーザ光源（１）から発されたレーザ信号が、前記非等比例光分岐器（２）を介してｎ個の第１ビームとｎ個の第２ビームに分岐され、前記第１ビームの各々は、１個の前記第２ビームに対応して１グループの前記差動検出器（４）の入力ポートに入力され、各グループの前記差動検出器（４）の出力ポートは、前記増幅器（５）の入力ポートに対応して接続され、前記アナログ－デジタル変換器（６）の出力ポートは、前記プログラマブルロジック（３）の入力ポートに接続され、
前記ｎ個の第１ビームは、同じ光強度を持ち、前記ｎ個の第２ビームは、同じ光強度を持ち、前記第１ビームの光強度は、前記第２ビームの光強度よりも小さく、
前記差動検出器（４）は、減算器（４０）と、並列に設置された第１の光検出器（４１）及び第２の光検出器（４２）とを含み、前記第２の光検出器（４２）の入力ポートに可変光減衰器（４３）が設けられ、前記第１ビーム及び前記第２ビームは、それぞれ前記第１の光検出器（４１）及び前記可変光減衰器（４３）に入力され、前記第１の光検出器（４１）及び前記第２の光検出器（４２）の出力ポートは、共に、前記減算器（４０）の入力ポートに接続され、前記減算器（４０）の出力ポートは、前記増幅器（５）の入力ポートに接続されることを特徴とする高速量子乱数発生器。
前記ｎ個のビームのうち、ｎは２以上の整数であることを特徴とする請求項１に記載の高速量子乱数発生器。
ｎ＝２の場合、前記第１ビームは、前記レーザ信号の１０％または１５％または２０％であり、前記第２ビームは、前記レーザ信号の４０％または３５％または３０％であり、ｎ＝３の場合、前記第１ビームは前記レーザ信号の１／９であり、前記第２ビームは前記レーザ信号の２／９であることを特徴とする請求項１に記載の高速量子乱数発生器。