KR20220054667A

KR20220054667A - 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기

Info

Publication number: KR20220054667A
Application number: KR1020227010940A
Authority: KR
Inventors: 후이린 뤄; 쳬춘 천
Original assignee: 에스에치룽 에너지 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-05-03
Also published as: US20220308839A1; EP4163839A1; CN111488993A; JP2022550789A; JP7381030B2; EP4163839A4; WO2021244491A1

Abstract

진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기는, 레이저 광원(1), 비등비례 광 스플리터(2), 프로그램 가능 논리소자(3), n세트 차동 검출기(4) 및 n세트의 순차적으로 연결된 증폭기(5)와 아날로그 디지털 변환기(6)를 포함하되, 상기 레이저 광원(1)으로부터 발송된 레이저 신호는 상기 비등비례 광 스플리터(2)를 거쳐 n갈래 제1 빔과 n갈래 제2 빔으로 분리되고; 여기서, 각 갈래의 상기 제1 빔은 한 갈래의 상기 제2 빔과 대응되어 한 세트의 상기 차동 검출기(4)의 입력단에 입력되고, 각 세트의 상기 차동 검출기(4)의 출력단은 하나의 상기 증폭기(5)의 입력단과 대응되게 연결되고, 상기 아날로그 디지털 변환기(6)의 출력단은 상기 프로그램 가능 논리소자(3)의 입력단과 연결된다.

Description

진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기

본 공개는 2020년 06월 03일에 중국 특허청에 제출된 출원번호가 202010492758.7이고, 발명의 명칭이 “진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기”인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 해당 출원의 전부 내용은 본 공개에 인용 결합된다.

본 공개는 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기에 관한 것이나 이에 의해 한정되지 않는다.

사회 정보화의 고속적인 발전에 따라, 사람들은 정보의 편리성과 안전성에 대해 모두 보다 더 높은 요구가 있다. 암호화 기술은 정보 안전의 중요한 구성부분으로서, 참난수를 생성할 수 있는 양자기술로 공인되어 광범위한 주목을 받으면서 실용단계에 점차적으로 진입된다. 진공상태 요동기술의 기본적인 원리: 양자광학에 있어서, 진공상태는 위상공간 중의 진폭과 위상의 직교위상 성분(quadrature component)에서 동시에 정확하게 검출될 수 없다.

이하, 본 공개에서 상세하게 기술되는 주제에 대해 개술한다. 본 개술은 특허청구범위의 보호범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

본 공개는 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기를 제공하였는 바, 상기 고속 양자난수 발생기는 레이저 광원, 비등비례 광 스플리터, 프로그램 가능 논리소자, n세트 차동 검출기 및 n세트의 순차적으로 연결된 증폭기와 아날로그 디지털 변환기를 포함하되, 상기 레이저 광원으로부터 발송된 레이저 신호는 상기 비등비례 광 스플리터를 거쳐 n갈래 제1 빔과 n갈래 제2 빔으로 분리되고, n는 2보다 크거나 같은 정수이고; 여기서, 각 갈래의 상기 제1 빔은 한 갈래의 상기 제2 빔과 대응되어 한 세트의 상기 차동 검출기의 입력단에 입력되고, 각 세트의 상기 차동 검출기의 출력단은 하나의 상기 증폭기의 입력단과 대응되게 연결되고, 상기 아날로그 디지털 변환기의 출력단은 상기 프로그램 가능 논리소자의 입력단과 연결된다.

여기서, 상기 차동 검출기는 감산기 및 병렬 연결되게 설치되는 제1 광 검출기와 제2 광 검출기를 포함하되, 상기 제2 광 검출기의 입력단에는 가변 광감쇄기가 설치되고, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔은 각각 상기 제1 광 검출기와 상기 가변 광감쇄기에 입력되고, 상기 제1 광 검출기와 상기 제2 광 검출기의 출력단은 모두 상기 감산기의 입력단과 연결되며, 상기 감산기의 출력단은 상기 증폭기의 입력단과 연결된다.

여기서, 상기 제1 빔의 강도는 상기 제2 빔의 강도보다 작다.

여기서, n=2일 때, 상기 제1 빔은 상기 레이저 신호의 10% 또는 15% 또는 20%이고, 상기 제2 빔은 상기 레이저 신호의 40% 또는 35% 또는 30%이고; n=3일 때, 상기 제1 빔은 상기 레이저 신호의 1/9이고, 상기 제2 빔은 상기 레이저 신호의 2/9이다.

본 공개 실시예 중의 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기는 하기 유리한 효과를 달성할 수 있다:

본 공개의 고속 양자난수 발생기는 레이저 신호를 비등분한 후 적어도 두 세트의 차동 검출기에 입력하여 차분한 후 증폭한 뒤, 필터링 처리하고, 병합하면 곧 한 갈래의 고속적인 디지털 난수가 되는데, 상기 고속 양자난수 발생기는 전기 소음을 효과적으로 상쇄시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가변소자를 줄일 수도 있어, 공간을 절약할 수 있고, 디버깅(Debugging) 공법을 줄일 수 있음으로써, 제품 신뢰성과 생산효율을 향상시킨다.

명세서에 병합되어 명세서의 일부분을 구성하는 도면은 본 공개의 실시예를 도시하였고, 또한 기술된 내용과 함께 본 공개 실시예의 원리를 해석하기 위한 것이다. 이러한 도면에서, 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 나타내기 위한 것이다. 하기 기술되는 도면은 본 공개의 일부 실시예이지, 모든 실시예가 아니다. 본 기술분야의 당업자에 있어서, 진보성 창출에 힘쓰지 않는 전제하에서, 이러한 도면에 의해 기타 도면을 획득할 수 있다.
도 1은 본 공개 실시예의 고속 양자난수 발생기의 모식도를 예시적으로 도시하였다.

본 공개 실시예의 목적, 기술적 해결수단과 우점이 보다 더 명확해지도록 하기 위해, 이하 본 공개 실시예 중의 도면을 결합하여, 본 공개 실시예 중의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 기술하는 바, 분명한 것은, 기술되는 실시예는 본 공개의 일부분 실시예일 뿐, 모든 실시예가 아니다. 본 공개 중의 실시예에 기반해보면, 본 기술분야의 당업자들이 진보성 창출에 힘쓰지 않은 전지하에서 얻어진 모든 기타 실시예는 모두 본 공개에서 보호하는 범위에 속한다. 설명할 필요가 있는 것은, 충돌되지 않는 상황에서, 본 공개 중의 실시예 및 실시예 중의 특징은 서로 임의로 조합이 가능하다.

본 공개는 비등비례 광 스플리터를 사용하여 레이저 광원의 레이저 신호를 약간의 비교적 강한 빔신호와 약간의 비교적 약한 빔신호로 분리하여, 비교적 강한 빔신호에 대해 감쇠 조절을 진행한 후, 비교적 약한 빔신호와 차분한 후 증폭한 뒤, 증폭된 신호에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행하고, 분리후 상기 처리를 거친 약간의 아날로그 디지털 변환 신호를 프로그램 가능 논리소자에 입력하여 합성시켜, 한 갈래의 고속적인 디지털 난수를 형성하되, 즉 고속 양자 난수 신호를 획득한다.

이하 도면을 결합하여, 본 공개에 따라 제공되는 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 공개의 고속 양자난수 발생기의 구체적인 실시예의 모식도를 도시하였는 바, 도 1에 도시된 것을 참조하면, 상기 고속 양자난수 발생기는 레이저 광원(1), 비등비례 광 스플리터(2), 프로그램 가능 논리소자(3), n세트 차동 검출기(4) 및 n세트의 순차적으로 연결된 증폭기(5)와 아날로그 디지털 변환기(6)를 포함한다. 여기서, 레이저 광원(1)으로부터 발송되는 레이저 신호는 비등비례 광 스플리터(2)를 거쳐 n갈래 제1 빔과 n갈래 제2 빔으로 분리되고, 제1 빔과 제2 빔의 강도가 다르며, n는 2보다 크거나 같은 정수이고; 예를 들어 도 1에 도시된 실시예에서, n=2이다. 양자 잡음의 발생이 레이저 광원 안정성에 대한 요구가 매우 높기에, 레이저 광원의 원가가 떨어지지 않으므로, 본 방안에서는 하나의 레이저 광원(1)을 사용하고, 비등비례 광 스플리터(2)를 이용하여 레이저 신호를 여러 갈래로 분리하여 각각 검출함으로써, 제품 원가를 효과적으로 낮출 수 있어, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 고속 양자난수 발생기에 있어서, 각 갈래의 제1 빔은 한 갈래의 제2 빔과 대응되어 한 세트의 차동 검출기(4)의 입력단에 입력되고, 각 세트의 차동 검출기(4)의 출력단은 하나의 증폭기(5)의 입력단에 대응되게 연결되고, 아날로그 디지털 변환기(6)의 출력단은 프로그램 가능 논리소자(3)의 입력단과 연결된다. 차동 검출기(4)로 제1 빔과 제2 빔의 신호를 각각 검출한 후 차이값을 구하고, 이어서 증폭기(5)로 상기 차이값을 증폭한 후 아날로그 디지털 변환기(6)에 수송하여 아날로그 디지털 변환을 진행한 뒤, 프로그램 가능 논리소자(3)에 수송하고, 프로그램 가능 논리소자(3)는 각 갈래의 아날로그 디지털 변환된 신호를 필터링 처리하여, 잔류된 전기 소음을 필터링한 후, 한 갈래의 신호로 합성하여, 고속 디지털 난수 신호를 획득하되, 즉 고속 양자 난수 신호를 획득한다. 아날로그 디지털 변환기(6)는 난자수의 발생속도를 배로 향상시킬 수 있고, 또한 n갈래 신호 중 불규칙 잡음의 무관련성을 보장하였다.

본 실시예에서, 차동 검출기(4)는 감산기(40) 및 병렬 연결되게 설치되는 제1 광 검출기(41)와 제2 광 검출기(42)를 포함하고, 제1 광 검출기(41)와 제2 광 검출기(42)의 출력단은 모두 감산기(40)의 입력단과 연결되고, 감산기(40)의 출력단은 증폭기(5)의 입력단과 연결된다. 제1 광 검출기(41)와 제2 광 검출기(42)는 각각 제1 빔과 제2 빔에 대해 광전 변환을 진행하여, 광신호를 전기적 신호로 변환한 후, 감산기(40)로 두 갈래의 신호에 대해 차이값을 구한 후 증폭기(5)에 출력하여 증폭 처리한다. 여기서, 제2 광 검출기(42)의 입력단에는 가변 광감쇄기(43)가 설치되는 바, 즉 제1 광 검출기(41) 분지(branch)와 제2 광 검출기(42) 분지에 입력되는 빔의 강도가 상이하되, 바람직하게는 제1 광 검출기(41)에 진입하는 빔의 강도가 가변 광감쇄기(43)에 진입하는 빔의 강도보다 약하다. 예를 들어, 제1 빔의 강도가 제2 빔의 강도보다 약하면, 제1 빔은 제1 광 검출기(41)에 입력되고, 제2 빔은 가변 광감쇄기(43)에 입력되어, 가변 광감쇄기(43)를 거쳐 감쇠된 후 제2 광 검출기(42)에 진입한다.

예시적으로, n=2일 때, 제1 빔은 레이저 신호의 10% 또는 15% 또는 20%일 수 있고, 제2 빔은 레이저 신호의 40% 또는 35% 또는 30%일 수 있고; n=3일 때, 제1 빔은 레이저 신호의 1/9이고, 제2 빔은 레이저 신호의 2/9이다.

예를 들어, 레이저 광원(1)은 광출력이 P인 레이저 신호를 출력하여, 비등비례 광 스플리터(2)를 거쳐 4갈래 빔으로 분리되는 바: 2갈래 광출력이 0.1P인 제1 빔과 2갈래 광출력이 0.4P인 제2 빔; 또는 2갈래 광출력이 0.2P인 제1 빔과 2갈래 광출력이 0.3P인 제2 빔으로 분리된다.

본 공개 실시예 중의 블록체인 네트워크에 기반하는 자원 획득 방법과 시스템은 하기 유리한 효과를 달성할 수 있다:

본 공개의 고속 양자난수 발생기는 레이저 신호를 비등분한 후 적어도 두 세트의 차동 검출기에 입력하여 차분한 후 증폭한 뒤, 필터링 처리하고, 병합하면 곧 한 갈래의 고속적인 디지털 난수가 되는데, 상기 고속 양자난수 발생기는 전기 소음을 효과적으로 상쇄시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가변소자를 줄일 수도 있어, 공간을 절약할 수 있고, 디버깅 공법을 줄일 수 있음으로써, 제품 신뢰성과 생산효율을 향상시킨다.

본문에서, 용어 “포괄”, “포함” 또는 이들의 임의의 기타 변체는 비배타성적인 포함을 내포함으로써, 일련의 구성요소를 포괄하는 물품 또는 기기는 그러한 구성요소를 포괄할 뿐만 아니라, 명확하게 열거되지 않은 기타 구성요소도 포괄하거나, 또는 이러한 물품 또는 기기가 고유하는 구성요소를 포괄하기도 한다. 더욱 많은 제한이 없는 상황에서, “……을 포괄하다”는 구절로 한정되는 구성요소는, 상기 구성요소를 포괄하는 물품 또는 기기 중에 또 다른 동일한 구성요소가 더 존재한다는 것을 배제하지 않는다.

본 기술분야의 당업자들은 명세서를 고려 및 여기서 공개된 발명을 실현한 후, 본 공개의 기타 실시방안을 용이하게 생각하게 된다. 본 출원은 본 공개의 임의의 변형, 용도 또는 적응성 변화를 포괄하는 데에 목적이 있어, 이러한 변형, 용도 또는 적응성 변화는 본 공개의 일반적 원리를 따르고 본 공개에서 공개되지 않은 본 기술분야 중의 공지된 상식 또는 관용 기술적 수단을 포괄한다. 명세서와 실시예는 예시적인 것일 뿐, 본 공개의 진정한 범위와 정신은 하기의 특허청구범위에 의해 제기된다.

응당 이해해야 할 것은, 본 공개는 상기에서 이미 기술되고 도면에 도시된 정밀구조에 의해 한정되지 않고, 그 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 수정 및 변화될 수 있다. 본 공개의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

산업상 이용가능성

본 공개는 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기를 제공하였는 바, 비등비례 광 스플리터를 사용하여 레이저 광원의 레이저 신호를 약간의 비교적 강한 빔신호와 약간의 비교적 약한 빔신호로 분리하여, 제품 원가를 효과적으로 낮출 수 있어, 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 비교적 강한 빔신호에 대해 감쇠 조절을 진행한 후, 이를 비교적 약한 빔신호와 차분한 후 증폭한 뒤, 증폭된 신호에 대해 아날로그 디지털 변환을 진행하고, 분리후 상기 처리를 거친 약간의 아날로그 디지털 변환 신호를 프로그램 가능 논리소자에 입력하여 합성시켜, 한 갈래의 고속적인 디지털 난수를 형성하되, 즉 고속 양자 난수 신호를 획득한다. 전기 소음을 효과적으로 상쇄시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가변소자를 줄일 수도 있어, 공간을 절약할 수 있고, 디버깅 공법을 줄일 수 있음으로써, 제품 신뢰성과 생산효율을 향상시킨다.

Claims

진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기에 있어서,
상기 고속 양자난수 발생기는 레이저 광원(1), 비등비례 광 스플리터(2), 프로그램 가능 논리소자(3), n세트 차동 검출기(4) 및 n세트의 순차적으로 연결된 증폭기(5)와 아날로그 디지털 변환기(6)를 포함하되, 상기 레이저 광원(1)으로부터 발송된 레이저 신호는 상기 비등비례 광 스플리터(2)를 거쳐 n갈래 제1 빔과 n갈래 제2 빔으로 분리되고; 여기서, 각 갈래의 상기 제1 빔은 한 갈래의 상기 제2 빔과 대응되어 한 세트의 상기 차동 검출기(4)의 입력단에 입력되고, 각 세트의 상기 차동 검출기(4)의 출력단은 하나의 상기 증폭기(5)의 입력단과 대응되게 연결되고, 상기 아날로그 디지털 변환기(6)의 출력단은 상기 프로그램 가능 논리소자(3)의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 진공상태 요동기술에 기반하는 고속 양자난수 발생기.
제1항에 있어서,
상기 n갈래 빔에서, n는 2보다 크거나 같은 정수인 것을 특징으로 하는 고속 양자난수 발생기.
제1항에 있어서,
상기 차동 검출기(4)는 감산기(40) 및 병렬 연결되게 설치되는 제1 광 검출기(41)와 제2 광 검출기(42)를 포함하되, 상기 제2 광 검출기(42)의 입력단에는 가변 광감쇄기(43)가 설치되고, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔은 각각 상기 제1 광 검출기(41)와 상기 가변 광감쇄기(43)에 입력되고, 상기 제1 광 검출기(41)와 상기 제2 광 검출기(42)의 출력단은 모두 상기 감산기(40)의 입력단과 연결되며, 상기 감산기(40)의 출력단은 상기 증폭기(5)의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 고속 양자난수 발생기.
제1항에 있어서,
상기 제1 빔의 강도는 상기 제2 빔의 강도보다 작은 것을 특징으로 하는 고속 양자난수 발생기.
제1항에 있어서,
n=2일 때, 상기 제1 빔은 상기 레이저 신호의 10% 또는 15% 또는 20%이고, 상기 제2 빔은 상기 레이저 신호의 40% 또는 35% 또는 30%이고; n=3일 때, 상기 제1 빔은 상기 레이저 신호의 1/9이고, 상기 제2 빔은 상기 레이저 신호의 2/9인 것을 특징으로 하는 고속 양자난수 발생기.