[实用新型]一种基于光强涨落的量子随机数生成器

说明书

本实用新型提供了一种基于光强涨落的量子随机数生成器。该量子随机数生成器包括：超发光二极管光源、光子探测器、电流放大器和模数转换器；所述超发光二极管光源，用于生成光强具有量子涨落的信号光，并将信号光输出至光子探测器；所述光子探测器对接收到的信号光进行采样，得到电流信号，并将得到的电流信号输出至电流放大器；电流放大器对接收到的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号输出至模数转换器；所述模数转换器，用于将接收到的电流信号转换成离散的数字信号并输出。应用本实用新型可以利用光强涨落生成随机数，有效地提高探测器的可靠采样速率，大大提高量子随机数的产生速率。

技术领域

本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种基于光强涨落的量子随机数生成器。

背景技术

在现代社会中，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，随机数都有非常重要的应用。

经典的随机数生成方法只能产生伪随机数。例如，现有技术中的经典的随机数生成方法往往是基于某些确定的算法来生成随机数，但是这种基于算法的软件方法只能产生伪随机数。从其生成原理上来看，伪随机数实际上只是“看起来像”是一个随机数，也就是说，以现在的科学技术水平，在有限的时间内，只有非常小的可能性区分出伪随机数和真随机数的不同。但是，从本质上来说，伪随机数和真随机数的熵是不同的。因此，这些伪随机数实际是可以被预测的，而并不是真正的随机数。所以，在一些特定的领域或实际使用场景(例如，在安全通讯、量子通信等要求保证绝对安全的领域等)，这种伪随机数是不安全的，不能直接使用伪随机数。

现有技术中还有根据物理过程的随机性的随机数生成器。例如，使用电子元件的噪音、核裂变宇宙噪声、电路的热噪声、放射性衰变等物理过程来生成随机数的随机数生成器。使用这种方式生成的随机数虽然不会随着计算能力的发展而产生风险，但是由于它们仍然是经典系统，所述生产的随机数的随机性并无法从本质上得到保证。

现有技术中还提出了量子随机数生成器。该量子随机数生成器是根据量子力学的基本原理来生成量子随机数，该量子随机数是一种真随机数。现有技术中已经提出了很多的量子随机数生成器方案，例如，利用单光子探测、量子非局域性的随机数生成器都已经实验成功。同时，商业量子随机数生成器，例如基于单光子探测的ID-Quantique随机数生成器，也已经进入市场。

现有技术中的量子随机数生成器，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。例如，基于单光子探测的ID-Quantique随机数生成器，是通过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。由于一个单光子会被透射还是会被反射在本质上是一个量子效应，因而所得到的量子随机数是一种真随机数。

然而，在已有的量子随机数生成方法中，由于光源产生光子的速率较慢、量子光源的线宽较窄导致相干时间长等原因，使得现有技术中的量子随机数的生成速率受到了很大限制，而且探测器的可靠采样速率也较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于光强涨落的量子随机数生成器，从而可以利用光强涨落生成随机数，有效地提高探测器的可靠采样速率，大大提高量子随机数的产生速率。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种基于光强涨落的量子随机数生成器，该量子随机数生成器包括：超发光二极管光源、光子探测器、电流放大器和模数转换器；

所述超发光二极管光源，用于生成光强具有量子涨落的信号光，并将信号光输出至光子探测器；

所述光子探测器对接收到的信号光进行采样，得到电流信号，并将得到的电流信号输出至电流放大器；

电流放大器对接收到的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号输出至模数转换器；