[发明专利]基于放大真空态的量子随机数发生器及方法

权利要求书

1.一种基于放大真空态的量子随机数发生器，其特征在于，包括：光路模块和电路模块；

其中，所述光路模块的输出端连接所述电路模块的输入端；光路模块，用于产生本振光和真空态，将产生的真空态放大作为信号光，并使得信号光和本振光进行干涉，生成干涉数据；电路模块，用于测量干涉数据，并对干涉数据进行量化，编码，并产生最终的随机数。

2.根据权利要求1所述的基于放大真空态的量子随机数发生器，其特征在于，所述光路模块包括激光器、分束器、平衡零差检测器、真空态发生器以及光放大器；

其中，所述真空态发生器的输出端连接所述光放大器的输入端；所述光放大器的输出端与所述分束器的一个输入端相连；所述激光器的输出端连接所述分束器的另一个输入端；所述分束器的输出端连接所述平衡零差检测器的输入端；激光器用于产生本振光；真空态发生器用于产生真空态；光放大器用于对真空态进行光学放大；分束器用于将信号光、本振光分成强度相等的两束；平衡零差检测器用于检测相干光的光电流强度并生成差分电流。

3.根据权利要求2所述的基于放大真空态的量子随机数发生器，其特征在于，所述电路模块包括弱信号放大器、高速A/D采集模块以及FPGA后处理模块；所述弱信号放大器、所述高速A/D采集模块以及所述FPGA后处理模块顺次相连；所述弱信号放大器与所述平衡零差检测器的输出端相连；所述弱信号放大器用于将差分电流转换为电压信号并进行放大；所述高速A/D采集模块用于采集电压信号并对电压信号进行量化生成分析数据；所述FPGA后处理模块用于将分析数据进行编码和去偏差，以生成随机数。

4.根据权利要求2所述的基于放大真空态的量子随机数发生器，其特征在于，所述分束器为随机偏振方向为50:50的分束器。

5.根据权利要求3所述的基于放大真空态的量子随机数发生器，其特征在于，所述弱信号放大器包括顺次相连的电阻网络和电压放大器；所述电阻网络与所述平衡零差检测器的输出端相连。

6.一种基于放大真空态的量子随机数发生方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将信号光和本振光输入分束器进行分束；

步骤2：将被分束器分束后的本振光和信号光进行平衡零差检测，并将分束后的本振光和信号光转化为差分电流；

步骤3：将所述差分电流转换为电压信号并进行放大处理；

步骤4：对放大处理后的电压信号进行采集量化生成分析数据；

步骤5：将分析数据通过随机数生成方法处理生成随机数。

7.根据权利要求6所述的基于放大真空态的量子随机数发生方法，其特征在于，所述信号光为放大后的真空态；所述本振光为脉冲激光。

8.根据权利要求6所述的基于放大真空态的量子随机数发生方法，其特征在于，步骤5还包括如下步骤：

步骤5.1：对分析数据进行编码，把放大后真空态的概率空间分为若干相等部分，每部分分配固定码字，分析数据每落到一个区间，就取一个对应码字；

步骤5.2：对步骤5.1中得到的数据采用伪噪声码和原始比特异或方法进行去偏差处理；

步骤5.3：对步骤5.2中得到的数据进行SH512哈希处理，最终得到随机数。

9.根据权利要求8所述的基于放大真空态的量子随机数发生方法，其特征在于，

在步骤5.2中的采用的所述异或方法为其中N(n)为伪噪声码序列，S(n)为包含直流偏差的原始比特序列，D(n)为生成序列，表示异或运算。

10.根据权利要求6所述的基于放大真空态的量子随机数发生方法，其特征在于，所述分束器为随机偏振方向为50:50的分束器。