[发明专利]一种基于真空态量子涨落高速产生量子随机数的方法

说明书

本发明涉及量子高速真随机数产生方法，具体为一种基于真空态量子涨落高速产生量子随机数的方法。本发明解决了现有真空量子随机数发生器其产生速率较低的问题。具体方案主要包括如下步骤：先对真空态在相空间内施加高斯分布的平移作用，实现真空态正交振幅分量噪声在相空间的放大，提高了系统中量子噪声引入的熵含量；增加数据后处理中可提取的真随机比特；增强零拍探测系统的本底光，提高探测系统对真空噪声的敏感度，放大真空噪声的测量值，使真空噪声统计的分帧量，即采样量化比特位显著增加。本发明所述的方法实现真空量子随机数产生速率的有效提高，为制备高速量子随机数发生器提供新的手段。

技术领域

本发明属于一种量子高速随机数产生方法，具体为一种基于真空态量子涨落高速产生量子随机数的方法。

背景技术

随机数的重要性很早便被人们熟知，它在模拟计算中的蒙特卡洛模拟统计整体的样本抽取、通讯系统的密码学系统等领域有着广泛的应用；密码学系统需要真随机数，而物理真随机数的产生和发展，为实现绝对安全的保密通讯奠定了重要的基础，近二十年来，基于量子不可克隆和测不准原理等基本量子力学原理提出的量子密钥分发(QKD) 方案已取得了重要进展，世界上许多国家已在相关领域取得了丰硕的成果，建立了各自的量子保密通讯网络，在QKD方案中整个系统的信息论可证明性是通讯安全的基本保证，用于产生密钥的随机数其随机性也必须是信息论可证明的，否则整个系统的安全性证明便不再成立。量子随机数最大的特点是其随机性的信息论可证明性，量子随机数的随机性基于量子物理的不确定性本质；在实际的量子保密通讯过程中，安全的随机数除需要具备信息论可证明的随机性，还需具备防范攻击者的能力。因此，最安全的方案是通讯双方各自拥有其本地的真随机数发生器，且产生的随机数不可预测、独一无二不可复制、且不可被窃听方关联控制。所以量子随机数发生器显的尤为重要。现在人们已经可以利用多种方法实现量子随机数的生成：（1）通过利用测量微弱光脉冲的光子数来产生量子随机数 [参见文献M. Wayne andP. Kwiat, Opt. Express, 18, 9351 (2010)]，但是在这个方案中，没有考虑在保密通信过程中遭遇第三方攻击和窃听的可能，也不具备防范攻击者的能力；（2）由真空散粒噪声实现量子随机数的生成[参见文献Y. Shen, L. Tianand H. X. Zou, Phys. Rev. A, 81,063814 (2010)]，但是由于量子随机数的产生速率受限于市场上可提供的平衡零拍探测器的带宽，而导致量子随机比特生成速率低。综上所述，现有的量子随机数生成装置不是不可被攻击者控制的，而且随机比特生成速率低。在实际的量子密钥分发方案中，随着通信距离的不断加大，速率的不断提高，势必对量子随机数的产生速率提出更高的要求。因此，如何有效提高量子随机比特生成速率，仍是不断探究的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的量子随机数发生器产生速率较低的问题，提出了一种基于真空态量子涨落高速产生量子随机数的方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于真空态量子涨落高速产生量子随机数的方法，包括以下步骤：