[发明专利]量子图像传感器量子随机数生成

权利要求书

1.一种量子随机数发生器(QRNG)，包括：

量子图像传感器(QIS)，所述QIS包括像素阵列，所述QIS的每个像素被配置为将从光子源激射的光子转换为带电的光载流子，其中所述QIS被配置为以单光载流子灵敏度读出每个像素以提供表示光载流子的数量的计数的信号；以及

其中，所述QRNG被配置为基于在时间间隔内收集的光载流子的数量来输出具有随机性的随机数数据。

2.根据权利要求1所述的QRNG，其中对于每个像素，在时间间隔内收集的光载流子的数量被转换为电压，然后通过使用阈值电平被转换为二进制信号。

3.根据权利要求2所述的QRNG，其中，所述电压与模拟域中的阈值电平进行比较。

4.根据权利要求2所述的QRNG，其中所述转换是在数字域中执行的，其中所述光载流子信号由比特深度高于1比特的ADC转换为数字信号或数字数(DN)，并且所述数字信号或数字数被转换为1比特随机数。

5.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，所述光子源强度是可调的，以实现所述随机数数据的理想随机性熵和/或实现大于所述随机数数据的随机性熵的最小值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，所述光载流子收集速率和所述阈值电平是可调的，以实现所述随机数数据的理想随机性熵和/或实现大于所述随机数数据的随机性熵的最小值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，能够基于光子源与像素阵列的相对位置来调整所述光载流子速率。

8.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，能够通过片上或片外DAC提供的参考电压来调整所述阈值电平。

9.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，周期性地或非周期性地重置所生成的随机数数据的可调节级别，以使随机性熵最大化。

10.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，周期性地或非周期性地调整以下项中的一个或多个，以使随机数数据的随机性熵最大化：收集光载流子的时间间隔、光子源强度和用于确定二进制输出的值的阈值电平。

11.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，所述QRNG包括光子源。

12.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，所述QRNG包括随机性提取器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的QRNG，其中，所述QRNG包括光调节器，所述光调节器设置成使得由所述光子源激射的光子在撞击所述像素阵列之前撞击所述光调节器。

14.一种ORNG，包括：

量子图像传感器(QIS)，所述QIS包括点阵列，其中每个点被配置成提供对从光子源激射的光子的单光子检测，其中所述光子源具有泊松光子激射统计规律；以及

其中，所述QRNG被配置为输出随机数数据，其中对于每个点，所述点在时间间隔内检测到的光子的数量是用于生成所述随机数数据的量子随机变量。