[实用新型]基于SFP收发一体的量子随机数发生器

说明书

本实用新型公开了一种基于SFP收发一体的量子随机数发生器，包括：SFP，具有发射光信号的出射端，接收光信号的入射端以及输出数字信号的输出端；干涉装置，用于接收SFP出射端的光信号，经干涉后发送至SFP入射端，将激光相位的随机性转换为强度的随机性；FPGA，用于对SFP输出端的数字信号进行数字采集和后处理，最终生成量子随机数。本实用新型中，将现有技术中的光源部分以及经干涉后的探测部分进行了整合，采用一体化结构的SFP，利用SFP内置的DFB激光器光源发射光信号，经干涉后利用SFP的入射端接收，并在SFP内部进行相应的光电转换以及模数转换处理，再经由输出端将数字信号发送给FPGA；整体上简化了产品结构，有利于提高集成度、减小体积。

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种基于SFP收发一体的量子随机数发生器。

背景技术

随机数在现代社会的很多领域具有重要应用，在博彩、身份认证、科学计算、密码系统等一系列重要领域，高质量的随机数是不可或缺的。现有的主流随机数生成方案基于计算机软件，其在种子文件(一组随机数)的基础上通过数学函数来生成一系列新的随机数数。此类随机数一般被称为赝随机数，因为本质上其不具有任何随机性。赝随机数的广泛应用得益于其几乎为零的成本以及相关程序可以简单应用到各实际应用场景中。但是正由于其本质的非随机性，在任何安全相关的领域内应用赝随机数将面临巨大的风险，尤其在当今计算机运算能力飞速跃进的时代。因此在安全领域内应用真随机数将极大提高系统的安全性。传统上，除去上述赝随机数亦可通过测量经典物理噪声源来获取随机数，例如电路热噪声。但是经典物理学理论中并不存在任何随机性，经典物理噪声源的随机性源于系统的复杂性而非其本征具有任何随机性，因此基于此的随机数不能被称为真随机数。而且此类物理源随机数生成速率偏慢，统计特性不佳，因而从未被大规模使用。

在物理学中，量子力学理论是本征包含随机性的，因此通过测量量子物理学现象将可以得到真随机数，这也是目前得到真随机数的唯一途径。一般将基于量子物理学现象的随机数发生器称为量子随机数发生器，而自被提出以来，量子随机数发生器也在不断地发展。基于激光相位随机涨落的量子随机数发生器被认为是最接近于市场化的量子随机数方案。其方案简洁，采用的器件皆为通用光学器件因而成本经济，同时生成随机数的速率可以高达几十Gbps且系统稳定可靠。

基于安全性的考虑，赝随机数被量子随机数取代将是一个必然的趋势。参见图1，现有技术中基于激光相位随机涨落的量子随机数发生器的工作过程为：

1.外置的DFB激光器发出连续激光。

2.激光进入干涉装置进行干涉。

3.利用光电探测模块对干涉后的激光进行测量。

4.FPGA的数据采集模块对测量得到的电信号进行数字采样以得到原始的随机数。

5.原始随机数通过后处理模块得到量子随机数。

6.生成的量子随机数通过端口输出到相应随机数使用设备。

量子随机数发生器是量子信息领域的重要的基本器件，由于该技术为新兴领域，因此现有主要研发以及关注方向是量子随机数发生器工作的稳定性以及量子随机数的生成速率，但在结构简化、降低成本、以及小型化方面缺少相关研究，这阻碍了量子随机数发生器的进一步推广及应用。

实用新型内容

本实用新型提供一种结构简化，体积更小的量子随机数发生器。

一种基于SFP收发一体的量子随机数发生器，其特征在于，包括：

SFP，具有发射光信号的出射端，接收光信号的入射端以及输出数字信号的输出端；

干涉装置，用于接收SFP出射端的光信号，经干涉后发送至SFP入射端，将激光相位的随机性转换为强度的随机性；