量子随机数生成器制造技术

本实用新型专利技术公开的量子随机数生成器，涉及光学元件领域，包括第一电源、第一激光器、第二电源、第二激光器、光纤分束器、零差探测器及采集器，其中，第一电源用于为第一激光器提供直流偏置电压；第二电源用于为第二激光器提供直流偏置电压，使得第二激光器持续工作在阈值电流以下；第二激光器用于根据第二电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的荧光；零差探测器用于分别将接收到的第一路光信号及第二路光信号转换为电信号，得到第一电信号及第二电信号；采集器用于基于第一电信号与第二电信号的光电流差值，生成量子随机数，提高了量子噪声的熵含量及量子随机数的生成速率，易于实现。现。现。

【技术实现步骤摘要】
量子随机数生成器


[0001]本技术涉及光学元件领域，具体涉及一种量子随机数生成器。

技术介绍

[0002]目前的量子随机数生成器部分是基于真空涨落方案实现的，以真空散粒噪声为随机源，采用平衡零差探测技术，将光信号转换为电信号并将电信号采集转化为二进制数字信号作为随机数发生器系统中的原始随机数序列，原始随机数序列经过后处理算法，得到真随机数序列。
[0003]传统的基于真空涨落方案的量子随机数发生器内部主要包含一个激光器、一个2
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2单模分束器、两个光电探测器、一个减法器等。利用该激光器发射的连续强相干光作为本振光，真空态作为信号光，分束器用于使得本振光与信号光产生干涉，减法器对由光电探测器输出的两路光电流做差值，经典噪声可以经由这一操作互相抵消，以从真空散粒噪声中提取出量子随机信息。但由于该方案中，量子噪声的熵含量即信噪比较低，可提取的量子随机信息较少，导致量子随机数生成速率较低。而目前大部分基于真空涨落方案的量子随机数发生器是通过提高激光器发出的本振光的光强来提高量子噪声的熵含量的，由于零差探测器的截止频率是采样频率的上限，因此为了得到较高信噪比的量子噪声，需要较高的探测带宽，不易实现，存在一定的局限性。

技术实现思路

[0004]本技术实施例提供了一种量子随机数生成器，用以解决现有技术存在的因真空态量子噪声中量子噪声熵含量（信噪比）较低，导致量子随机数生成速率较低的缺陷。
[0005]为了实现上述目的，本技术实施例提供的量子随机数生成器包括：
[0006]第一电源，用于为第一激光器提供直流偏置电压；
[0007]所述第一激光器，用于根据第一电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的强相干光作为本振光；
[0008]第二电源，用于为第二激光器提供直流偏置电压，使得所述第二激光器持续工作在阈值电流以下；
[0009]所述第二激光器，用于根据所述第二电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的荧光；
[0010]光纤分束器，用于将所述第一激光器输入的本振光与所述第二激光器输入的荧光合束并干涉后产生的光信号按照设定的透反率分束，得到第一路光信号及第二路光信号；
[0011]零差探测器，用于分别将接收到的第一路光信号及第二路光信号转换为电信号，得到第一电信号及第二电信号；
[0012]所述零差探测器，还用于计算并输出所述第一电信号与所述第二电信号的光电流差值；
[0013]采集器，用于基于所述第一电信号与所述第二电信号的光电流差值，生成量子随
机数。
[0014]优选地，所述第一激光器与所述第二激光器的性能参数一致。
[0015]优选地，所述光纤分束器为分光比为50:50的保偏分束器。
[0016]优选地，所述零差探测器包括第一衰减器、第二衰减器、减法器及跨阻放大器。
[0017]优选地，所述采集器包括带通滤波器、功率放大器及模数转换器。
[0018]本技术实施例提供的用于QKD系统的量子随机数生成器具有以下有益效果：
[0019]利用激光器发荧光时自发辐射的相位随机特性作为随机源，采用连续强相干光的本振光与荧光进行干涉的方案，以提取原始随机数序列，提高了量子噪声的熵含量及量子随机数的生成速率，不需要较高的探测带宽，易于实现。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为现有技术中基于真空涨落的量子随机数生成器结构示意图。
[0022]图2为本技术实施例提供的量子随机数生成器结构示意图。
具体实施方式
[0023]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0024]参考图1，基于真空涨落的量子随机数发生器包括激光器、分束器、零差探测器以及处理模块。其中，激光器输出的激光作为本振光发射至分束器的一个输入端，分束器的另一个输入端悬空以探测真空态的散粒噪声。
[0025]如图2所示，本技术实施例提供的量子随机数生成器包括第一电源、第二电源、第一激光器、第二激光器、光纤分束器、零差探测器、采集器，其中：
[0026]第一电源用于为第一激光器提供直流偏置电压。
[0027]所述第一激光器用于根据第一电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的强相干光作为本振光。
[0028]第二电源用于为第二激光器提供直流偏置电压，使得所述第二激光器持续工作在阈值电流以下 。
[0029]第二激光器用于根据第二电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的荧光。
[0030]在一个示例中，第一激光器与第二激光器的性能参数（正向电压、阈值电流、中心频率、峰值波长及线宽等）一致。
[0031]其中，针对能够发射激光的激光器，当其工作在阈值电流以下时，表现为自发辐射的过程，发射荧光；当其以大于阈值电流工作时，才能发射激光（强相干光）。
[0032]特别地，激光的产生源于自发辐射，自发辐射是一种量子行为，每个自发辐射的光子具有独立的状态，不同自发辐射光子的相位是完全随机的，具有真随机性。自发辐射会引起激光相位的随机波动，并呈现出噪声的形式，称为量子噪声。如果能够将自发辐射时随机波动的相位信息提取出来，就能产生量子随机数。
[0033]激光器中的经典过程引起的强度波动等经典噪声会影响自发辐射产生的量子噪声，但量子噪声的占比与输出的激光功率成反比，当激光器工作在阈值电流时，此时激光器发荧光，自发辐射引起的量子噪声会占据绝对主导地位，从而减小经典噪声的干扰，此时即可从量子噪声中提取量子随机数。
[0034]具体地，不同类型不同参数的激光器的阈值电流差别巨大，有10mA的，也有1A以上的。这和激光器内部的结构和封装形式等密切相关，比如有源区尺寸、腔长、材料类型等等。
[0035]光纤分束器，用于将第一激光器输入的本振光与第二激光器输入的荧光合束并干涉后产生的光信号按照设定的透射率分束，得到第一路光信号及第二路光信号。
[0036]在一个示例中，该光纤分束器为分光比为50:50的光纤分束器。
[0037]零差探测器用于分别将接收到的第一路光信号及第二路光信号转换为电信号，得到第一电信号及第二电信号。
[0038]零差探测器还用于计算并输出第一电信号与第二电信号的光电流差值。
[0039]在一个示例中，该零差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子随机数生成器，其特征在于，包括：第一电源，用于为第一激光器提供直流偏置电压；所述第一激光器，用于根据第一电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的强相干光作为本振光；第二电源，用于为第二激光器提供直流偏置电压，使得所述第二激光器持续工作在阈值电流以下；所述第二激光器，用于根据所述第二电源提供的直流偏置电压，制备并发射连续的荧光；光纤分束器，用于将所述第一激光器输入的本振光与所述第二激光器输入的荧光合束并干涉后产生的光信号按照设定的透射率分束，得到第一路光信号及第二路光信号；零差探测器，用于分别将接收到的第一路光信号及第二路光信号转换为电信号，得到第一电信号及第二电信号；所述零差探测器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅琦，王林松，王其兵，
申请(专利权)人：国开启科量子技术北京有限公司，
类型：新型
国别省市：