[发明专利]基于相干光接收机的量子随机数发生装置、方法及设备

说明书

本公开提供了一种基于相干光接收机的量子随机数发生装置、方法及设备，包括本振光源、相干光接收机和数据采集处理模块，所述本振光源连接在相干光接收机的一输入端，相干光接收机的另一输入端无任何光输入，作为真空态输入端；相干光接收机被配置为对输入的光进行分束、偏振、干涉和转换作用，得到电压信号；相干光接收机的输出端连接有数据采集处理模块，数据采集处理模块被配置为对相干光接收机输出的电压信号进行数据采集并量化生成分析数据，然后将分析数据通过随机数后处理方法处理生成随机数。本公开具有稳定性高、小型化和低成本的优点，并可实现多路随机数生成。

技术领域

本公开属于量子随机数发生技术领域，具体涉及一种基于相干光接收机的量子随机数发生装置、方法及设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随机数是一种广泛使用的基础资源，而随机数发生器就是用来产生随机数序列的一种器件。性能良好的随机数发生器在众多领域比如量子通信、密码学、博彩业、蒙特卡洛模拟、数值计算、随机抽样等都有广泛应用。现有的量子随机数发生器方案中，基于单光子路径选择的方案，其比特率可达到1Mbps量级；而基于光子到达时间的方案，其比特率达到了100Mbps量级。对于下一代高速量子通信系统，需要的随机数生成的比特率需达到10Gbps以上，这就需要新的技术方案来满足对比特率的需求。

据发明人了解，目前用于量子通信领域的随机数发生器主要包括基于激光器波动的量子随机数发生器和基于真空态的量子随机数发生器两种。但这两种并不能很好的满足量子通信的要求。

基于激光器波动的量子随机数发生器基本原理如图1所示，其工作基本流程如下：激光器工作时直流偏置在其阈值电流附近，使激光器能自发辐射并输出连续光；激光器输出光经过环形器后输入到不等臂F-M干涉仪中；连续光经过干涉仪发生干涉后经环形器后被探测器所探测，从而使激光器相位波动信息转化为探测器输出强度信息；采集处理模块对探测器输出进行放大、采样并进行后处理得到量子随机数。可以看出，在此过程中，必须使用到干涉仪，因此不可避免的非常容易受环境因素影响，从而导致稳定性差。此外，如果在相干光接收端增加量子随机数发生器功能，就需要增加量子随机数发生器模块，不利于小型化和低成本。