[发明专利]量子随机数生成器

说明书

用于生成随机数的系统包括用于发射光子的光源、光学漫射器元件和多个光检测器元件，每个光检测器元件用于将接收的光转换成电荷。该系统还包括用于将多个光检测器元件中的每一个的电荷转换成输出值的装置。光源用于用光子照射多个光检测器，由此光子入射在多个光检测器中的随机个光检测器上。漫射器位于光源和多个光检测器元件之间的光路中，并且用于使多个光检测器元件中的每一个的照射程度更均匀，由此多个光检测器元件的输出值包括一组随机数，每个随机数包括量子噪声。

技术领域

本申请涉及用于生成量子随机数的系统和方法。

背景技术

有许多任务需要随机数。例如，加密安全性通常取决于生成高质量随机数的能力。许多传统的非对称密钥协议需要随机数来生成密钥，而一次密码本协议需要长度等于要加密的消息的随机数串。这种加密安全性的有效性最终取决于所使用的随机数的质量。

高质量量子随机数难以产生，因为它们不能通过任何确定性算法产生。因此，已经提出使用具有内在随机性的物理过程，例如量子力学过程，来产生随机数。然而，使用量子力学过程的这种随机数生成器通常相对复杂，并且因此在动态环境中使用不方便且成本高，例如移动通信设备(诸如智能手机)上的加密。

因此，期望提供一种量子随机数生成器，其具有降低的复杂性并且更适合在动态环境中使用。

以下描述的实施例不限于解决上述已知方法的任何或所有缺点的实施方式。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在第一方面，本公开提供一种用于生成随机数的系统，包括：至少一个光源，用于发射光子；至少一个光学漫射器元件；多个光检测器元件，每个光检测器元件用于将接收的光转换成电荷；和用于将多个光检测器元件中的每个光检测器元件的电荷转换成输出值的装置；其中，至少一个光源用于利用光子照射多个光检测器，由此光子入射在多个光检测器中的随机个光检测器上；并且至少一个光学漫射器元件位于至少一个光源和多个光检测器元件之间的光路中，并且用于使多个光检测器元件中的每个光检测器元件的照射程度更均匀；由此，多个光检测器元件的输出值包括一组包括量子噪声的随机数。

在第二方面，本公开提供一种适于与包括传感器阵列的移动计算设备协作以生成随机数的设备，该设备包括：附接装置，用于将设备相对于该移动计算设备保持在预定位置；用于将由至少一个光源发射的光引导到传感器阵列的装置；和至少一个光学漫射器元件；其中，至少一个光学漫射器元件位于至少一个光源和传感器阵列之间的光路中，并且用于使传感器阵列的照射程度更均匀；由此，传感器阵列的输出包括一组包括量子噪声的随机数。

在第三方面，本公开提供一种生成随机数的方法，包括：从至少一个光源发射光子以利用光子照射多个光检测器元件，由此光子入射在多个光检测器中的随机个光检测器上；使发射的光穿过位于至少一个光源和多个光检测器元件之间的光路中的至少一个光学漫射器元件，并使多个光检测器元件中的每个光检测器元件的照射程度更均匀；将多个光检测器元件中的每个光检测器元件处的接收的光转换成电荷；以及将多个光检测器元件中的每个光检测器元件的电荷转换成输出值；由此，多个光检测器元件的输出值包括一组包括量子噪声的随机数。

本文描述的方法的至少一些部分可由有形存储介质上的机器可读形式的软件执行，例如，以计算机程序的形式，包括计算机程序代码装置，适于当程序在计算机上运行时执行本文所述任何方法的一些或所有步骤，并且计算机程序可在计算机可读介质上实现。有形(或非暂时)存储介质的示例包括磁盘、拇指驱动器、存储卡等，并且不包括传播信号。该软件可适于在并行处理器或串行处理器上执行，使得方法步骤可以以任何合适的顺序或同时执行。