[发明专利]一种适用于连续变量量子随机数产生的探测模块

说明书

本发明属于量子随机数发生器技术领域，公开了一种适用于连续变量量子随机数产生的探测模块，包括由两个光电二极管组成的差分电路、由第一电阻和第一电容组成的交直流分离电路、由两个射频集成电路放大器组成的两级放大电路。本发明相比于一般的平衡探测器，对探测模块的放大电路进行了改进，去掉了传统的跨阻放大器和运算放大器，采用射频集成电路放大器，使探测模块的带宽有了极大的提升；并且两级放大电路的结构，也满足了对探测模块高增益的要求，从而解决了连续变量量子随机数产生速率低的问题。而且随着光电探测技术的不断提高，量子随机数产生速率的提升空间还会更大。

技术领域

本发明属于量子随机数发生器技术领域，具体涉及一种适用于连续变量量子随机数产生的探测模块。

背景技术

目前，基于连续变量量子态分量起伏不确定性生成随机数的方法，因其模型明确、高带宽、强鲁棒性、可芯片集成等优势成为一种有着很好应用前景的量子随机数产生方案。然而面向保密通信的实际应用，基于连续变量量子起伏测量提取随机数的方法实时速率尚很有限，其影响因素主要是由于homodyne探测带宽内增益难以达到一致，难以实现量子熵带宽内一致性评估，另一方面受限于FPGA运算大矩阵逻辑资源不足。最新研究提出并行量子随机数产生方案，实现了连续变量量子随机数产率的成倍提高，而最终限制量子随机数产率的因素则指向了平衡零拍探测系统的带宽[参考文献 Opt. Lett. vol. 14, Issue12,pp.5566-5569(2019)]，因此提高量子随机数发生器中探测模块的性能至关重要。

如图3所示，现有技术中，探测模块所用到的放大器基本都是运算放大器和跨阻放大器，如OPA847，AD8015(模拟设备)，LTC6409（线性技术），SA5211等，它们更适用于低频领域。因此，使用这些芯片，探测模块的增益、信噪比仅仅在窄带中得到很好的优化，而在扩大带宽时，其性能会下降。并且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数产生速率，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探测模块带宽小，从而导致量子随机数产生速率较低的问题，提出了一种适用于连续变量量子随机数产生的探测模块设计方案。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种适用于连续变量量子随机数产生的探测模块，包括差分电路、交直流分离电路和两级放大电路，所述差分电路包括第一光电二极管和第二光电二极管；所述两级放大电路包括第一射频集成电路放大器、第二电容、第二射频集成电路放大器和第三电容，所述差分电路的输出端经交直流分离电路后，直流信号与DC直流输出端连接，交流信号与所述第一射频集成电路放大器的输入端连接，第一射频集成电路放大器的输出端经第二电容与所述第二射频集成电路放大器的输入端连接，第二射频集成电路放大器的输出端经第三电容与AC交流输出端连接。

所述第一射频集成电路放大器和第二射频集成电路放大器的型号为ABA-52563，第一光电二极管和第二光电二极管的型号为LSIPD-A75，第二电容和第三电容的电容值均为1uF。

所述两级放大电路还包括第四电阻，所述第二射频集成电路放大器的输出端经第三电容和第四电阻后与AC交流输出端连接，第四电阻的阻值为50Ω。

所述交直流分离电路包括第一电阻和第一电容；所述第一光电二极管的阴极连接0V～10V的正电压，所述第二光电二极管的阳极连接-10V～0V的负电压，第一光电二极管的阳极、第二光电二极管的阴极、第一电阻的一端和第一电容的一端连接在一起，第一电阻的另一端与DC直流输出端连接，第一电容的另一端与第一射频集成电路放大器的输入端连接。

所述第一电阻的阻值为50Ω，第一电容为1uF。