[发明专利]随机数发生器及随机数发生方法

说明书

本申请提供一种随机数发生器及随机数发生方法。所述随机数发生器包括：相干光源，用于产生一束相干光；分束模块，用于将接收到的一束相干光分成多束相干光；以及随机源，与所述分束模块多路耦合，藉由多路复用通道将所述多束相干光中每相邻的一对相干光束处理为均匀分布的随机数，以使各路复用通道处理的随机数经合并处理后生成随机数序列。本申请随机数发生器的真空涨落是一个连续变量，对它的测量可以提高每个光子携带的信息量，从而提高随机数产生率；本申请采用多路复用的技术，将由分束模块输出的每两路输出信号进行零差探测，作为一个独立的真空涨落随机数发生器，最后将所有输出合并在一起，进一步提高随机数产生率。

技术领域

本申请涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种多路复用的基于真空涨落随机数发生器及随机数发生方法。

背景技术

随机数在经济、科学、国防、工业生产等各个领域扮演着重要的角色。具体而言，在统计分析、工业和科学领域的仿真、密码学、生活中的博彩业等各方面都有非常重要的应用。经典的方法只能产生伪随机数，从其原理上来看，伪随机实际上只是“看起来像”随机数，也就是以现在的科学技术水平下在有限的时间内，只有非常小的可能性区分出它们的不同。但是从本质上看它们的熵是不同的，因而在很多领域并不能直接使用伪随机数，因为无法在安全通讯等领域里保证绝对的安全性。

根据物理过程的随机性，例如使用电子元件的噪音、核裂变宇宙噪声、电路的热噪声、放射性衰变等等可以来产生随机数。虽然这样的随机数不会随着计算能力的发展而产生风险，但其随机性并没有从本质上有保证。

根据量子力学的基本原理，量子随机数发生器可以产生真随机数。在过去的十几年间，有很多的量子随机数发生器方案被提出，比如利用单光子探测，量子非局域性和真空态的统计涨落都已经实验成功。

同时，商业量子随机数发生器，比如ID-Quantique system，已经进入市场。但是值得指出的是，这些量子随机数发生器都不可避免地依赖于对模型的假设，以及对设备装置完美的要求。在相关技术中，主要是采用将已知源直接进行量子测量的方法，来产生由量子力学原理保障的真随机数。如ID-Quantique随机数发生器中采用的方案，发光二极管向半透半反的镜子发射单光子，并由两个单光子探测器来分别检测被透射或被反射的光子。由于一个单光子会透射还是反射本质上是一个量子效应，因而得到真随机数。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种随机数发生器及随机数发生方法，用于解决现有技术中随机数产生率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种随机数发生器，包括：相干光源，用于产生一束相干光；分束模块，用于将接收到的一束相干光分成多束相干光；以及随机源，与所述分束模块多路耦合，藉由多路复用通道将所述多束相干光中每相邻的一对相干光束处理为均匀分布的随机数，以使各路复用通道处理的随机数经合并处理后生成随机数序列。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述相干光源为激光器。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述相干光源为连续波激光器。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述分束模块为具有多个输出端的波导管，所述波导管的多个输出端通过光纤阵列与所述随机源相耦合，其中，每一所述输出端输出一束相干光。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述波导管的分束比为50：50。

在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述分束模块是由多个分束器级联形成的分束器组，所述分束器组的输出端通过光纤阵列与所述随机源相耦合。