[发明专利]一种基于真空涨落原理的随机数熵源装置

说明书

一种基于真空涨落原理的随机数熵源装置，可调功率分束器其一个输入端连接信号输入Signal，另一个输入端悬空；可调功率分束器包括的两路输出端，两路输出端分别通过连接波导的两分路连接第一探测器芯片与第二探测器芯片，两分路连接波导具有相同的光程，第一探测器芯片与第二探测器芯片的输出端分别连接平衡零差电路的输入端，平衡零差电路的输出端连接运算放大器。与现有技术相比，本发明不需要VOA和VODL，减小了系统的复杂度，提高了系统可靠性。另外，本发明将通过波导工艺制作可调功率分束器和连接波导，相对于传统分立元件随机数熵源装置具有体积小、成本低、封装简单，电学控制简单等优点。

技术领域

本发明涉及量子相位编码技术领域，特别涉及一种基于真空涨落原理的随机数熵源装置。

背景技术

随着信息化的高速发展，人们对信息的安全越来越关注，为此，将密码学引入到信息系统来保障信息的安全。密码学的核心——密钥的质量主要依赖于随机数的不可预测性和不可重复性。因此，如何生成高质量随机数来满足密钥的需要是信息安全研究的重要方向。

量子随机数发生器是迄今为止唯一的从理论上可以论证的真正的随机数发生器，其本质是由量子力学的基本原理决定的。随着当前量子通信领域的高速发展，对真正的随机数发生器的性能和速度都提出了极大的要求(>10Gbps)。量子随机数发生器作为真随机数发生器产品，在实用化量子密码系统等对随机性质量和安全性要求较高的领域中具有重要的应用，其符合国际NIST标准和 AIS31标准等随机数检测标准，通过了国际最高级别的安全加密检测认证，主要应用于密钥分发系统和安全秘钥系统。

量子随机数熵源是决定量子随机数发生器性能的关键模块。其中，基于真空涨落的量子随机数发生器是最常见的随机数装置。其原理是：在量子光学中，真空态在相空间中的振幅和相位的正交分量不能同时被精确地探测。一般来说，传统的基于真空涨落的量子随机数熵源的装置图1所示：由3dB耦合器、可调光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)、光纤可调延时线(Variable Optical Delay Line，VODL)、平衡零差探测器等分立元器件搭建组成。传统装置需要通过VOA和VODL控制3dB耦合器输出的两路光信号的强度完全相等且同时到达平衡零差探测器，来抑制经典噪声及产生高质量随机数信号。传统装置具有系统体积大、驱动控制复杂、系统稳定性差、成本高等缺点。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于真空涨落原理的随机数熵源装置，以解决了传统随机数熵源装置体积大、驱动控制复杂、系统稳定性差、成本高等问题。其原理是利用可调光功率分束器代替VOA和VODL实现基于真空涨落原理的随机数熵源装置的两路光的均衡性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于真空涨落原理的随机数熵源装置，包括可调功率分束器、连接波导、第一探测器芯片与第二探测器芯片以及平衡零差电路，所述可调功率分束器其一个输入端连接信号输入Signal，另一个输入端悬空；可调功率分束器包括的两路输出端，所述两路输出端分别通过连接波导的两分路连接第一探测器芯片与第二探测器芯片，所述两分路连接波导具有相同的光程，所述的第一探测器芯片与第二探测器芯片的输出端分别连接平衡零差电路的输入端，所述平衡零差电路的输出端连接运算放大器。

优选地，所述可调功率分束器的结构为定向耦合器、2x2多模干涉耦合器(Multimode Interference,MMI)、马赫曾德干涉仪中的一种。

3、如权利要求1所述基于真空涨落原理的随机数熵源装置，其特征在于，所述可调功率分束器的材料为氧化硅波导、SiON波导、Si₃N₄波导、Si波导、Ge波导以及聚合物波导中的一种或是组合。

优选地，所述连接波导的外形包括条形、脊形、圆形或者扁平型。