[发明专利]一种无需反馈控制的量子随机数发生器芯片

权利要求书

1.一种无需反馈控制的量子随机数发生器芯片，其特征在于，包括集成光芯片（1）和电子学处理模块（2），所述集成光芯片（1）包括光源（1-1）、不等臂干涉仪（1-2）和光电探测模块（1-3）；所述电子学处理模块（2）包括积分器（2-1）、差分放大器（2-2）、ADC采样模块（2-3）和后处理模块（2-4）；

所述光源（1-1）用于产生包含自发辐射相位涨落的连续光信号；

所述不等臂干涉仪（1-2）用于使所述连续光信号进行延迟自干涉，将相位涨落转化为光强涨落，并输出第一干涉光信号和第二干涉光信号；

所述光电探测模块（1-3）包括第一光电探测器（1-3-1）和第二光电探测器（1-3-2），分别用于将所述第一干涉光信号和第二干涉光信号转化为电流信号，并输出两路电流信号的差分电流信号；

所述差分电流信号作为所述电子学处理模块（2）的输入信号，被分为第一差分电流信号和第二差分电流信号；

所述积分器（2-1）用于产生第一差分电流信号的平均值；

所述差分放大器（2-2）用于将第二差分电流信号和第一差分电流信号的平均值进行差分，产生第三差分电流信号，并将其放大后输出相应的电压信号；

所述ADC采样模块（2-3）用于对所述电压信号和第一差分电流信号的平均值进行模数转换并采样，产生初始随机比特；

所述后处理模块（2-4）用于将输入的初始随机比特进行随机性提取，输出提取后的随机比特。

2.如权利要求1所述的无需反馈控制的量子随机数发生器芯片，其特征在于，所述不等臂干涉仪（1-2）包括第一分束器（1-2-1）、第二分束器（1-2-2）和第一波导延迟线（1-2-3），所述第一分束器（1-2-1）的一个输入端口与光源（1-1）进行TE偏振对准耦合，

所述第一分束器（1-2-1）用于将连续光信号分束成幅度相等的第一光信号和第二光信号；

所述第一波导延迟线（1-2-3）用于将第一光信号延迟时间T；

所述第二分束器（1-2-2）用于使第二光信号和延迟后的第一光信号进行干涉，产生第一干涉光信号和第二干涉光信号。

3.如权利要求1所述的无需反馈控制的量子随机数发生器芯片，其特征在于，所述不等臂干涉仪（1-2）包括第一偏振分束旋转器（1-2-4）、第二波导延迟线（1-2-5）、半波片波导（1-2-6）和第二偏振分束旋转器（1-2-7），

所述第一偏振分束旋转器（1-2-4）的第一输入端口与光源（1-1）进行45°偏振对准耦合，用于使连续光信号以45°线偏振入射；

所述第一偏振分束旋转器（1-2-4）用于使连续光信号的TM偏振分量直接从其第一输出端口出射，产生第一光信号，并使连续光信号的TE偏振分量从其第二输出端口出射，产生第二光信号；

所述第二波导延迟线（1-2-5）用于连接第一偏振分束旋转器（1-2-4）的第二输入端口和第一输出端口，使得从第一偏振分束旋转器（1-2-4）第一输出端口出射的第一光信号经第二波导延迟线（1-2-5）延迟时间T后到达第一偏振分束旋转器（1-2-4）的第二输入端口；

所述第一偏振分束旋转器（1-2-4）还用于使第一光信号和第二光信号进行偏振干涉，产生偏振干涉光信号；

所述半波片波导（1-2-6）的主轴方向与TE偏振方向夹角为22.5°，用于将偏振干涉光信号的偏振旋转45°；

所述第二偏振分束旋转器（1-2-7）用于将旋转45°后的偏振干涉光信号进行偏振分束，产生第一干涉光信号和第二干涉光信号。