RU2662641C1 - Quantum random number generator - Google Patents

Quantum random number generator Download PDF

Info

Publication number
RU2662641C1
RU2662641C1 RU2018106670A RU2018106670A RU2662641C1 RU 2662641 C1 RU2662641 C1 RU 2662641C1 RU 2018106670 A RU2018106670 A RU 2018106670A RU 2018106670 A RU2018106670 A RU 2018106670A RU 2662641 C1 RU2662641 C1 RU 2662641C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sequence
blocks
random
signal
detection means
Prior art date
Application number
RU2018106670A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Павлович Кулик
Кирилл Алексеевич Балыгин
Сергей Николаевич Молотков
Андрей Николаевич Климов
Владимир Иванович Зайцев
Original Assignee
Андрей Николаевич Климов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Николаевич Климов filed Critical Андрей Николаевич Климов
Priority to RU2018106670A priority Critical patent/RU2662641C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2662641C1 publication Critical patent/RU2662641C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
    • G06F7/588—Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

FIELD: computer equipment.
SUBSTANCE: invention relates to computer equipment. Technical result is achieved by setting a clock signal; splitting a continuous signal, which is a sequence of cycles, consisting of cycles containing the triggering of detection means, and cycles in which the detecting device does not operate, into blocks of the same time duration; grouping the resulting blocks according to the content of the detecting device's operations in them; converting blocks to block numbers in a group of blocks containing the same number of responses; converting the block number to a random sequence of 0 and 1; and output the obtained continuous random sequence to the output of a random number generator.
EFFECT: technical result consists in increasing the speed of generating a sequence of random numbers and ensuring the continuity of the output sequence of random numbers.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области генерации случайных чисел для прикладного использования в криптографии, численном моделировании и других областях науки и техники.The invention relates to the field of random number generation for applied use in cryptography, numerical modeling and other fields of science and technology.

Генераторы случайных чисел, основанные на регистрации отдельных элементарных частиц, например фотонов, привлекают большой интерес со стороны исследователей, так как квантовая природа явлений, заложенная в их основу, не позволяет предсказывать получаемую последовательность чисел даже после сколь угодно точных измерений системы. Квантовые генераторы случайных чисел на данный момент являются наиболее приближенными к идеальным.Random number generators based on the registration of individual elementary particles, for example photons, attract great interest from researchers, since the quantum nature of the phenomena laid in their foundation does not allow predicting the resulting sequence of numbers even after arbitrarily accurate measurements of the system. Quantum random number generators are currently the closest to ideal.

Известен квантовый генератор случайных чисел (см. патент РФ RU 2613027, МПК G06F 7/58, G06N 99/00, опубл. 14.03.2017), содержащий источник фотонов, однофотонный детектор, реагирующий на отдельные фотоны, создаваемые источником фотонов, и схему оцифровки и последующей обработки сигнала детектора. В данном квантовом генераторе используется одиночный лавинный фотодетектор, что ограничивает скорость генерации случайных чисел, т.к. главная проблема при фотодетектировании однофотонных сигналов одиночными лавинными фотодетекторами состоит в учете мертвого времени последних, что ограничивает тактовую частоту и темп срабатываний фотодетектора. При этом тактовая частота не может превышать обратное время рассасывания лавины в детекторе.A known quantum random number generator (see RF patent RU 2613027, IPC G06F 7/58, G06N 99/00, published March 14, 2017) containing a photon source, a single-photon detector that responds to individual photons generated by a photon source, and a digitalization circuit and subsequent processing of the detector signal. This quantum generator uses a single avalanche photodetector, which limits the speed of generating random numbers, because The main problem in single-photon photodetection using single avalanche photodetectors is to take into account the dead time of the latter, which limits the clock frequency and the rate of response of the photodetector. In this case, the clock frequency cannot exceed the inverse time of resorption of the avalanche in the detector.

Кроме того, в данном квантовом генераторе случайных чисел используется метод измерения временных интервалов между событиями регистрации фотонов, излучаемых постоянным источником фотонов, подходящим однофотонным детектором. Интервал времени между последовательными срабатываниями фотодетектора является случайной величиной, которая имеет экспоненциальное вероятностное распределение от длительности интервала. Недостаток данного метода группировки срабатываний фотодетектора заключается в том, что он не позволяет извлечь всю случайность, которая имеется в процессе измерений над квантовой системой при фотодетектировании. Предельное значение случайности - количество случайных бит (0 и 1), которые могут быт получены из последовательности срабатываний фотодетектора данной длины ограничено энтропией Шеннона, которая является функцией от плотности вероятности исходной случайной величины - временных интервалов между последовательными срабатываниями фотодетектора. Как известно, чем более равномерным является распределение исходной случайной величины, тем больше энтропия Шеннона, и тем большее количество случайных бит можно получить. Максимум достигается при равномерной функции распределения исходной случайной величины. А в случае известного квантового генератора случайных чисел функция распределения временных интервалов между последовательными срабатываниями фотодетектора является экспоненциальной от длины интервала, т.е. далека от равномерной функции распределения. Поэтому группировка срабатываний фотодетектора во временные интервалы не позволяет извлечь максимально возможное число случайных бит, содержащихся в физическом процессе квантового фотодетектирования, и как следствие не позволяет достичь больших скоростей генерации случайных чисел.In addition, this quantum random number generator uses a method for measuring the time intervals between the events of registration of photons emitted by a constant source of photons, a suitable single-photon detector. The time interval between successive operations of the photodetector is a random variable that has an exponential probability distribution of the duration of the interval. The disadvantage of this method for grouping photodetector triggers is that it does not allow one to extract all the randomness that exists during measurements over a quantum system during photodetection. The limiting value of randomness is the number of random bits (0 and 1) that can be obtained from a sequence of photodetector trips of a given length is limited by the Shannon entropy, which is a function of the probability density of the initial random variable - time intervals between successive photodetector trips. As you know, the more uniform the distribution of the original random variable is, the greater the Shannon entropy, and the more random bits can be obtained. The maximum is achieved with a uniform distribution function of the original random variable. And in the case of the well-known quantum random number generator, the distribution function of the time intervals between successive operations of the photodetector is exponential from the length of the interval, i.e. far from uniform distribution function. Therefore, the grouping of photodetector responses in time intervals does not allow us to extract the maximum possible number of random bits contained in the physical process of quantum photodetection, and as a result does not allow to achieve high random number generation rates.

Т.к. функция распределения срабатываний фотодетектора не является равномерной по времени, то требуется постобработка для получения случайной последовательности 0 и 1. В известном квантовом генераторе случайных чисел используется прямой табличный способ нумерации последовательностей срабатываний фотодетектора при извлечении случайной последовательности 0 и 1. Скорость генерации случайных чисел при таком способе нумерации при постобработке технически ограничена размером таблицы, размер которой растет экспоненциально с длиной блока.Because the distribution function of the photodetector responses is not uniform in time, then post-processing is required to obtain a random sequence of 0 and 1. In the well-known quantum random number generator, a direct tabular method of numbering the sequences of photodetector triggers when extracting a random sequence of 0 and 1 is used. Numbering in postprocessing is technically limited by the size of the table, the size of which grows exponentially with the length of the block.

Техническая проблема, на разрешение которой направлено изобретение, заключается в создании квантового генератора случайных чисел, который позволяет получать истинно случайную последовательность 0 и 1 с максимально возможной скоростью.The technical problem to which the invention is directed is to create a quantum random number generator that allows you to get a truly random sequence of 0 and 1 at the highest possible speed.

Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в увеличении скорости генерации последовательности случайных чисел и обеспечении непрерывности выдаваемой последовательности случайных чисел за счет исключения необходимости учета мертвого времени фотодетектора и одновременного повышения скорости обработки сигнала фотодетектора.The technical result achieved by solving the technical problem consists in increasing the speed of generating a sequence of random numbers and ensuring the continuity of the generated sequence of random numbers by eliminating the need to take into account the dead time of the photodetector and at the same time increasing the processing speed of the photodetector signal.

Технический результат достигается за счет того, что квантовый генератор случайных чисел содержит источник фотонов, средство детектирования фотонов, создаваемых источником фотонов, и средство обработки сигнала средства детектирования, причем в качестве средства детектирования фотонов используется матрица лавинных фотодетекторов, в качестве средства обработки сигнала используется программируемая логическая интегральная схема, а источник фотонов выполнен с возможностью работы в непрерывном режиме, при этом средство обработки сигнала выполнено с возможностью без прекращения принятия сигнала от средства детектирования фотонов осуществлять обработку сигнала, включающую этапы: задания тактового сигнала; разбиения непрерывного сигнала, представляющего собой последовательность тактов, состоящую из тактов, содержащих срабатывание средства детектирования, и тактов, в которых отсутствует срабатывание средства детектирования, на блоки одинаковой временной длительности; группировки полученных блоков по содержанию в них срабатываний средства детектирования; преобразования блоков в номера блоков в группе блоков, содержащих одинаковое количество срабатываний; преобразования номера блока в случайную последовательность 0 и 1; и вывода полученной непрерывной случайной последовательности на выход квантового генератора случайных чисел.The technical result is achieved due to the fact that the quantum random number generator contains a photon source, a means for detecting photons generated by a photon source, and a signal processing means for a detection means, and an avalanche photodetector matrix is used as a photon detection means, a programmable logic is used as a signal processing means an integrated circuit, and the photon source is configured to operate in a continuous mode, while the signal processing means and made with the possibility without stopping the reception of the signal from the means for detecting photons to carry out signal processing, including the steps of: setting the clock signal; dividing the continuous signal, which is a sequence of clock cycles, consisting of clock cycles containing the detection means triggering, and clock cycles in which the detection means is not triggered, into blocks of the same time duration; grouping of the received blocks according to the content of the detection means responses in them; converting blocks to block numbers in a group of blocks containing the same number of operations; transforming the block number into a random sequence 0 and 1; and outputting the resulting continuous random sequence to the output of a quantum random number generator.

Использование матрицы лавинных фотодиодов позволяет увеличить тактовую частоту и темп поступления фотонов на матрицу за счет того, что при среднем числе фотонов за время тактового импульса, составляющем не более одной тысячной фотона на пиксел, после регистрации отдельным фотодетектором фотона, вероятность попадания следующего фотона в тот же самый детектор крайне мала. Применение источника фотонов, работающего в непрерывном режиме, также повышает темп поступления фотонов на матрицу лавинных фотодетекторов. А использование в качестве средства обработки сигнала программируемой логической интегральной схемы (далее ПЛИС) с возможностью выполнения вышеупомянутых этапов обработки сигнала, поступающего от матрицы лавинных фотодетекторов, позволяет повысить скорость обработки этого сигнала. Таким образом, заявляемый квантовый генератор случайных чисел позволяет увеличить скорость генерации последовательности случайных чисел и обеспечить непрерывность выдаваемой последовательности случайных чисел, что в свою очередь обеспечивает получение истинно случайной последовательности 0 и 1 с максимально возможной скоростью.The use of an avalanche photodiode array allows increasing the clock frequency and the rate of photon arrival to the array due to the probability that the next photon hits the same photon when the average number of photons per clock pulse is not more than one thousandth of a photon per pixel the detector itself is extremely small. The use of a photon source operating in a continuous mode also increases the rate of photon arrival to the avalanche photodetector array. And the use of a programmable logic integrated circuit (FPGA) as a signal processing means with the ability to perform the above steps of processing a signal from an avalanche photodetector matrix allows you to increase the processing speed of this signal. Thus, the inventive quantum random number generator allows you to increase the speed of generating a sequence of random numbers and ensure the continuity of the generated sequence of random numbers, which in turn provides a truly random sequence of 0 and 1 with the highest possible speed.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная блок-схема генератора случайных чисел.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional block diagram of a random number generator.

Квантовый генератор случайных чисел содержит источник фотонов 1, выполненный с возможностью работы в непрерывном режиме, матрицу лавинных фотодетекторов 2 в качестве средства детектирования фотонов, создаваемых источником фотонов 1, и ПЛИС 3 в качестве средства обработки сигнала средства детектирования 2. ПЛИС 3 выполнено с возможностью без прекращения принятия сигнала от средства детектирования фотонов 2 осуществлять обработку сигнала. Обработка включает в себя следующие этапы: 4 - задание тактового сигнала; 5 - разбиение непрерывного сигнала, представляющего собой последовательность тактов, на блоки одинаковой временной длительности и группировку полученных блоков по содержанию в них срабатываний средства детектирования 2; 6 - преобразование блоков в номера блоков в группе блоков, содержащих одинаковое количество срабатываний; 7 - преобразование номера блока в случайную последовательность 0 и 1, и вывод полученной непрерывной случайной последовательности на выход квантового генератора случайных чисел.A quantum random number generator comprises a photon source 1 configured to operate in a continuous mode, an avalanche photodetector array 2 as a means of detecting photons generated by a photon source 1, and an FPGA 3 as a signal processing means of a detection means 2. FPGA 3 is configured to without stop receiving the signal from the photon detection means 2 to process the signal. Processing includes the following steps: 4 - setting the clock signal; 5 is a breakdown of a continuous signal, which is a sequence of clock cycles, into blocks of the same time duration and a grouping of the obtained blocks according to the contents of the responses of the detection means 2; 6 - conversion of blocks into block numbers in a group of blocks containing the same number of operations; 7 - conversion of the block number into a random sequence 0 and 1, and the output of the obtained continuous random sequence to the output of a quantum random number generator.

Квантовый генератор случайных чисел работает следующим образом. Источник фотонов 1, например лазер или светодиод, излучает непрерывный свет. Интенсивность его излучения при помощи тока накачки источника фотонов подбирается таким образом, чтобы на отдельный пиксел матрицы лавинных фотодетекторов 2, которая используется в качестве средства детектирования фотонов, поступало квазиоднофотонное излучение со средним числом фотонов за единицу времени меньшим единицы. Сигнал с выхода матрицы лавинных фотодетекторов 2 поступает на ПЛИС 3, где осуществляется его обработка. На выходе матрицы лавинных фотодетекторов 2 формируется случайная последовательность срабатываний фотодетекторов матрицы во временных окнах, заданных генератором тактового сигнала (поз. 4), которая регистрируется как импульсы тока или напряжения на выходе матрицы лавинных фото детекторов 2. Интенсивность излучения источника фотонов 1 подбирается таким образом, чтобы квазиоднофотонный сигнал обеспечивал пуассоновскую статистику срабатываний фотодетекторов матрицы. На этапе 5 непрерывный сигнал, представляющий собой последовательность тактов, состоящую из тактов, содержащих срабатывание детекторов матрицы, и тактов, в которых отсутствует срабатывание детекторов матрицы, на блоки одинаковой временной длительности, например, в n тактов. Количество тактов - временных окон, задается и фиксируется тактовым генератором (поз. 4). Также на этапе 5 осуществляется группировка полученных блоков по содержанию в них срабатываний средства детектирования. На этапе 6 осуществляется нумерация блоков в группе блоков, содержащих одинаковое количество срабатываний, происходящая «на ходу» по мере появления срабатываний фотодетекторов матрицы в каждом обрабатываемом блоке из n тактов. Нумерация происходит при помощи таблицы, в клетках которой стоят биномиальные коэффициенты, которые вычисляются один раз и зависят только от числа тактов n в блоках. Число n является неизменным для данного устройства. Таблица хранится в памяти ПЛИС 3. Далее на этапе 7 номера блоков, полученные при помощи таблицы, преобразуются в случайную последовательность 0 и 1. После этого случайная последовательность 0 и 1 поступает на выход квантового генератора случайных чисел, например, по интерфейсу USB 2.0 или любому другому интерфейсу связи с внешними устройствами.A quantum random number generator works as follows. A photon source 1, such as a laser or LED, emits continuous light. The intensity of its radiation using the pump current of the photon source is selected so that a single pixel of the avalanche photodetector matrix 2, which is used as a means of detecting photons, receives quasi-single-photon radiation with an average number of photons per unit time less than unity. The signal from the output of the matrix of avalanche photodetectors 2 enters the FPGA 3, where it is processed. At the output of the matrix of avalanche photodetectors 2, a random sequence of responses of the photodetectors of the matrix is generated in the time windows specified by the clock signal generator (pos. 4), which is recorded as current or voltage pulses at the output of the matrix of avalanche photo detectors 2. The radiation intensity of the photon source 1 is selected in such a way so that the quasi-one-photon signal provides Poisson statistics of the responses of the photodetectors of the matrix. At step 5, a continuous signal, which is a sequence of clock cycles, consisting of clock cycles containing the triggering of matrix detectors, and clock cycles in which there is no triggering of matrix detectors, to blocks of the same time duration, for example, n clock cycles. The number of ticks - time windows, is set and fixed by the clock generator (pos. 4). Also, at stage 5, the obtained blocks are grouped by the content of the detection means responses in them. At stage 6, the numbering of blocks in the group of blocks containing the same number of responses is performed, which occurs “on the fly” as the photodetector responses of the matrix appear in each processed block of n clock cycles. Numbering occurs using a table in the cells of which are binomial coefficients, which are calculated once and depend only on the number of ticks n in blocks. The number n is unchanged for this device. The table is stored in the FPGA 3 memory. Next, at step 7, the block numbers obtained using the table are converted into a random sequence 0 and 1. After that, a random sequence 0 and 1 is output to a quantum random number generator, for example, via USB 2.0 or any another communication interface with external devices.

Работа ПЛИС 3 квантового генератора случайных чисел дополнительно поясняется примером.The operation of FPGA 3 of a quantum random number generator is further illustrated by an example.

Для примера выбрана временная длительность блоков последовательностей в 6 тактов. Выходной последовательности срабатываний фотодетекторов матрицы (j1, j2, … jn) (где ji - номера временных тактов в блоке, где происходит срабатывание) сопоставляется номер. Пусть в блоке имеется N срабатываний (обозначим срабатывания фотодетекторов «*»). Имеется взаимно однозначное соответствие между последовательностью срабатываний (j1, j2, … jn) и ее номеромAs an example, the time duration of sequence blocks of 6 cycles was selected. The output sequence of the photodetector triggers of the matrix (j 1 , j 2 , ... j n ) (where j i are the numbers of time ticks in the block where the triggering occurs) compares the number. Suppose that there are N responses in the block (we denote the triggers of photodetectors by “*”). There is a one-to-one correspondence between the sequence of operations (j 1 , j 2 , ... j n ) and its number

Num(j1, j2, … jn) (где номера находятся в интервалеNum (j 1 , j 2 , ... j n ) (where the numbers are in the range

0≤Num(j1,j2, … jn)≤Ck n-1)0≤Num (j 1 , j 2 , ... j n ) ≤C k n -1)

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
, при m≤n,
Figure 00000002
, with m≤n,

n!=n(n-1)(n-2) … 1, m!=m(m-1) … 1, (n-m)!=(n-m)(n-m-1) … 1,n! = n (n-1) (n-2) ... 1, m! = m (m-1) ... 1, (n-m)! = (n-m) (n-m-1) ... 1,

Figure 00000003
при m>n.
Figure 00000003
for m> n.

Биномиальные коэффициенты вычисляются заранее и помещаются в таблицу размером n2 в память ПЛИС 3. Положение биномиального коэффициента

Figure 00000004
и он сам в таблице определяется его индексами, j - индекс строки, k - индекс столбца, и выбирается «на ходу» по мере появления последовательности срабатываний. При появлении первого срабатывания (k=1) в позиции j1 выбирается биномиальный
Figure 00000005
коэффициент на пересечении строки с номером j1-1 и первого столбца таблицы. Номер столбца (k=1) отвечает порядковому номеру срабатывания - первое срабатывание. При появлении второго срабатывания (k=2) берется биномиальный коэффициент в таблице на пересечении j2-1 строки и второго столбца, и т.д. В итоге получается номер последовательности Num(j1, j2, … jn).The binomial coefficients are calculated in advance and placed in a table of size n 2 in the memory of the FPGA 3. The position of the binomial coefficient
Figure 00000004
and he himself in the table is determined by its indices, j is the row index, k is the column index, and is selected "on the fly" as a sequence of operations appears. When the first operation occurs (k = 1) in position j 1 , a binomial
Figure 00000005
coefficient at the intersection of row j 1 -1 and the first column of the table. The column number (k = 1) corresponds to the sequence number of the operation - the first operation. When the second response occurs (k = 2), a binomial coefficient is taken in the table at the intersection of j 2 -1 rows and the second column, etc. The result is the sequence number Num (j 1 , j 2 , ... j n ).

Далее, из номера последовательности, определенного при помощи таблицы, извлекается случайная последовательность 0 и 1. Пусть номер текущей последовательности Num.Next, a random sequence 0 and 1 is extracted from the sequence number determined using the table. Let the current sequence number be Num.

Бинарное представление числа последовательностей в группеBinary representation of the number of sequences in a group

Figure 00000006
Figure 00000006

Если номер текущей последовательности Num находится в интервалеIf the current Num sequence number is in the range

Figure 00000007
Figure 00000007

где i≤imax,where i≤i max ,

тогда выходной случайной последовательностью будет ki младших разрядов бинарного представления Num. Число номеров последовательностей в этом диапазоне равно

Figure 00000008
.then the output random sequence will be the k i least significant bits of the binary representation of Num. The number of sequence numbers in this range is
Figure 00000008
.

Например, Nk=6=(110)2 - число элементов в группе. Пусть номер последовательности в группе из 6 элементов (Nk=6=(110)2) равен Num=3=(011)2, тогда на выход выдается (11). Например, при Num=5=(101)2, на выходе будет (01).For example, N k = 6 = (110) 2 is the number of elements in the group. Let the sequence number in a group of 6 elements (N k = 6 = (110) 2 ) be Num = 3 = (011) 2 , then (11) is output. For example, with Num = 5 = (101) 2 , the output will be (01).

После полученная случайная последовательность 0 и 1 поступает на выход квантового генератора случайных чисел.After the obtained random sequence 0 and 1 is fed to the output of a quantum random number generator.

Claims (12)

Квантовый генератор случайных чисел, содержащий источник фотонов, средство детектирования фотонов, создаваемых источником фотонов, и средство обработки сигнала средства детектирования,A quantum random number generator comprising a photon source, means for detecting photons generated by the photon source, and signal processing means for the detection means, отличающийся тем, чтоcharacterized in that в качестве средства детектирования фотонов используется матрица лавинных фотодетекторов,as a means of detecting photons, an array of avalanche photodetectors is used, в качестве средства обработки сигнала используется программируемая логическая интегральная схема, аas a means of signal processing, a programmable logic integrated circuit is used, and источник фотонов выполнен с возможностью работы в непрерывном режиме,the photon source is configured to operate in a continuous mode, при этом средство обработки сигнала выполнено с возможностью без прекращения принятия сигнала от средства детектирования фотонов осуществлять обработку сигнала, включающую этапыwherein the signal processing means is configured to, without stopping the reception of the signal from the photon detection means, to process the signal, including the steps - задания тактового сигнала;- set the clock signal; - разбиения непрерывного сигнала, представляющего собой последовательность тактов, состоящую из тактов, содержащих срабатывание средства детектирования, и тактов, в которых отсутствует срабатывание средства детектирования, на блоки одинаковой временной длительности;- splitting a continuous signal, which is a sequence of clock cycles, consisting of clock cycles containing the triggering of the detection means, and clock cycles in which there is no triggering of the detection means, into blocks of the same time duration; - группировки полученных блоков по содержанию в них срабатываний средства детектирования;- grouping of the received blocks according to the content of the detections of the detection means; - преобразования блоков в номера блоков в группе блоков, содержащих одинаковое количество срабатываний;- conversion of blocks into block numbers in a group of blocks containing the same number of operations; - преобразования номера блока в случайную последовательность 0 и 1; и- conversion of the block number into a random sequence of 0 and 1; and - вывода полученной непрерывной случайной последовательности на выход квантового генератора случайных чисел.- output of the obtained continuous random sequence to the output of the quantum random number generator.
RU2018106670A 2018-02-22 2018-02-22 Quantum random number generator RU2662641C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106670A RU2662641C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Quantum random number generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106670A RU2662641C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Quantum random number generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662641C1 true RU2662641C1 (en) 2018-07-26

Family

ID=62981603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106670A RU2662641C1 (en) 2018-02-22 2018-02-22 Quantum random number generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2662641C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788400C1 (en) * 2022-05-18 2023-01-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Курэйт" High-speed quantum random number generator based on polarization switching in a semiconductor laser with a vertical resonator (options) and a method for forming a random numerical sequence using it

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998058309A1 (en) * 1997-06-16 1998-12-23 Kim Hong J A random number generator
RU2331916C1 (en) * 2007-06-21 2008-08-20 Василий Георгиевич Архангельский Random number generator
RU2613027C1 (en) * 2015-10-02 2017-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Quantum generator of random numbers
US20170115960A1 (en) * 2015-10-27 2017-04-27 Fundació Institut De Ciències Fotòniques Process for quantum random number generation in a multimode laser cavity
RU2625048C2 (en) * 2011-11-09 2017-07-11 Новоматик Аг Method and device for generating true random numbers and game system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998058309A1 (en) * 1997-06-16 1998-12-23 Kim Hong J A random number generator
RU2331916C1 (en) * 2007-06-21 2008-08-20 Василий Георгиевич Архангельский Random number generator
RU2625048C2 (en) * 2011-11-09 2017-07-11 Новоматик Аг Method and device for generating true random numbers and game system
RU2613027C1 (en) * 2015-10-02 2017-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Quantum generator of random numbers
US20170115960A1 (en) * 2015-10-27 2017-04-27 Fundació Institut De Ciències Fotòniques Process for quantum random number generation in a multimode laser cavity

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788400C1 (en) * 2022-05-18 2023-01-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Курэйт" High-speed quantum random number generator based on polarization switching in a semiconductor laser with a vertical resonator (options) and a method for forming a random numerical sequence using it
RU2808436C1 (en) * 2022-12-26 2023-11-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Device for generating quantum random sequence of bits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khanmohammadi et al. A monolithic silicon quantum random number generator based on measurement of photon detection time
US8471750B2 (en) System and method for compressive sensing
US9176241B2 (en) Position-sensitive readout modes for digital silicon photomultiplier arrays
Mandai et al. Multi-channel digital SiPMs: Concept, analysis and implementation
KR102190209B1 (en) Improved random number generator, especially improved true random number generator
KR20140045235A (en) Method and apparatus for generating random number using light source and single photon detector
US20060010182A1 (en) Quantum random number generator
GB2457328A (en) Random number generation using photon detection events
Shawkat et al. A digital CMOS silicon photomultiplier using perimeter gated single photon avalanche diodes with asynchronous AER readout
US20200264285A1 (en) Time-of-flight apparatus and method
Patanwala et al. A reconfigurable 40 nm CMOS SPAD array for LiDAR receiver validation
RU2662641C1 (en) Quantum random number generator
EP3861431B1 (en) Device and method for generating random bit sequences
US9197805B2 (en) Digital multiplexing readout for sparse signals on imaging arrays
Lemaire et al. Dark count resilient time estimators for time-of-flight PET
van den Berg et al. Single-photon sampling architecture for solid-state imaging sensors
Norwood The number of different possible compact codes (Corresp.)
RU2613027C1 (en) Quantum generator of random numbers
WO2005106645A2 (en) Quantum random bit generator
Therrien et al. Optimization of single photon avalanche diode array detectors with a custom simulator
GB2457238A (en) Random number generator and random number generating method
Iavich et al. Novel quantum random number generator for cryptographical applications
CN117555516B (en) Miniaturized quantum random number generation device and method
US20240125948A1 (en) Single light photon counting radiation detector and data transmission methods
CN217305839U (en) Quantum true random number SOC chip and equipment

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190314

Effective date: 20190314