[发明专利]一种自适应的源无关量子随机数发生器

说明书

本发明提供了一种自适应的源无关量子随机数发生器。该量子随机数发生器包括：光源、随机数源、电压产生器、电光调制器、偏振分束器、第一探测器、第二探测器和参数估计器。应用本发明可以提高量子随机数发生器的随机数产生率和系统的稳定性。

技术领域

本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种自适应的源无关量子随机数发生器。

背景技术

现代社会中有很多用到随机数的场合，随机数在经济、科学、工业生产等各个领域扮演着重要的角色。具体而言，在统计分析、工业和科学领域的仿真、密码学等各方面，随机数都有非常重要的应用。

现有技术中往往是基于某些确定算法来生成随机数。但是，基于算法的软件方法只能产生伪随机数。这些随机数是由一个确定性的算法和一个随机种子通过计算而产生的，一旦攻击者获取随机种子和随机算法，则攻击者就可以提前预测伪随机数的结果，从而对随机数应用领域的安全性产生威胁。因此，需要开发更加安全的不可预测的随机数产生方法。

根据量子力学的基本原理，量子随机数产生器可以产生真随机数。现有技术中的量子随机数发生器，主要是利用量子力学中的波恩原理，即测量一个处于叠加态的量子系统，因此而得到的测量结果是不可确定性预知的。因此，通过上述量子随机数产生器产生的量子随机数的安全性是基于物理学的基本原理的，因此是信息论安全的。

现有技术中的量子随机数发生器一般可包括源和测量设备。其中，源无关的量子随机数产生器不需要用户或设备生产方对源进行校准，不仅节省了设备的开发和使用成本，也提高了系统的安全性。

现有技术中的源无关量子随机数产生器是基于量子力学中的海森堡测不准原理。在该源无关量子随机数产生器中，源(一般为一台激光器)发出一串量子态(信息编码在光的某一自由度，如偏振，相位等等)给测量设备，后者随机选择基矢Z＝{|0，|1}或X＝{|+，|-}对量子态进行测量。随后，对X、Z基矢的测量进行数据处理，得到安全的量子随机数。

在上述的源无关量子随机数产生器中，是使用两个固定的测量基测量源发出的量子态。由于源的信息是未知的，因此使用两个测量基测量并不能获取源量子态的全部信息。因此，上述的源无关量子随机数产生器在得到初始随机数后，经估算得到其中的量子随机数比例可能会比较低，从而具有较低的随机数产生率。此外，由于源的信息是未知的，因此测量设备所选的两个固定测量基并不一定是产生量子随机数的最优基矢，因而不能达到最优的随机数产生率。尤其是当整个装置受到环境干扰时，源产生的量子态将随时间发生变化，但由于测量设备所使用的测量基的基矢是固定的，因此现有技术中的上述源无关量子随机数产生器的随机数产生率将会受到严重影响，大大降低随机数产生率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自适应的源无关量子随机数发生器，从而可以提高量子随机数发生器的随机数产生率和系统的稳定性。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种自适应的源无关量子随机数发生器，该量子随机数发生器包括：光源、随机数源、电压产生器、电光调制器、偏振分束器、第一探测器、第二探测器和参数估计器；

所述光源的输出端与所述电光调制器的第一输入端连接；

所述随机数源的输出端与所述电压产生器的第一输入端连接；

所述电压产生器的输出端与所述电光调制器的第二输入端连接；

所述电压产生器的输出端与所述偏振分束器的输入端连接；

所述偏振分束器的两个输出端分别与所述第一探测器和第二探测器的输入端连接；

所述第一探测器和第二探测器的输出端分别与所述参数估计器的输入端连接；

所述参数估计器的第一输出端与所述电压产生器的第二输入端连接，所述参数估计器的第二输出端输出量子随机数。