基于隧穿效应的量子随机数生成器制造技术

本申请实施例涉及基于隧穿效应的量子随机数生成器，根据本申请的一些实施例，一种量子随机数生成器，其包括：信号生成电路，其包括二极管，所述二极管用作熵源以使所述信号生成电路产生随机性的波动信号；信号过滤电路，其经配置以对所述波动信号进行过滤；模数转换电路，其经配置将经过滤的信号转换为数字信号；以及计数电路，其基于所述数字信号生成量子随机数。本申请实施例还提供了一种集成电路，其包括前述的量子随机数生成器。本申请实施例提供的基于隧穿效应的量子随机数生成器可有效解决传统技术中遇到的问题。解决传统技术中遇到的问题。解决传统技术中遇到的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于隧穿效应的量子随机数生成器


[0001]本申请涉及量子信息通信
，尤其涉及一种量子随机数生成器。

技术介绍

[0002]在现代社会中，随机数在科学、经济、工业等许多方面中有着重要的作用。具体而言，在密码学、蒙特卡洛计算与分析、工业测试等领域中，随机数都扮演着重要的角色。
[0003]在当前使用最为广泛的是计算机通过某些确定的算法生成的伪随机数。简而言之，伪随机数生成装置(PRNG)不过是一个数学公式，它产生一个确定的、周期性的数字序列，该序列完全由称为种子的初始状态决定。由于伪随机数序列并非真的随机，其经常导致随机模拟和计算出现错误，并且在密码学应用中，由于所有主要的PRNG家族都已经被破译，因此伪随机数的使用存在极大的安全风险。
[0004]如何得到无法通过计算得出的、真正随机的真随机数是目前亟待解决的问题。而数字计算机的操作是确定性的，所以它们不能产生真随机数。相反，真随机数通常使用物理(真实)随机数生成装置(TRNG)来获得，它通过测量一个精密控制、特别准备的物理过程来运作。量子力学固有的随机性使量子系统成为真随机数生成器的理想熵源。而目前量子随机数生成器的方案主要在光学系统中实现，成本高昂，能耗高，且系统复杂，无法与CMOS工艺兼容，难以小型化、芯片化。
[0005]因此本申请提出一种量子随机数生成器。

技术实现思路

[0006]本申请是为了解决上述问题而进行的，目的之一在于提供一种基于二极管的量子随机数生成器，其随机性更好控，且电子方式便于集成、芯片化，嵌入其它器件里。
[0007]本申请的实施例提供一种量子随机数生成器，其包括：
[0008]信号生成电路，其包括二极管，二极管用作熵源以使信号生成电路产生随机性的波动信号；
[0009]信号过滤电路，其经配置以对波动信号进行过滤；
[0010]模数转换电路，其经配置将经过滤的信号转换为数字信号；以及
[0011]计数电路，其基于数字信号生成量子随机数。
[0012]根据本申请的一些实施例，其中计数电路还包括二进制计数器。
[0013]根据本申请的一些实施例，其中计数电路还包括交互器件。
[0014]根据本申请的一些实施例，其中交互器件包括处理器。
[0015]根据本申请的一些实施例，其中信号过滤电路还包括高通滤波器。
[0016]根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路包括比较器。
[0017]根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路还包括负反馈单元，负反馈单元用于调节比较器的正输入端电压，使比较器达到0.5左右的占空比。
[0018]根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路还包括低通滤波器。
[0019]根据本申请的一些实施例，其中二极管为齐纳二极管。
[0020]本申请的实施例还提供一种集成电路，其包括根据前述中的任一量子随机数生成器。
[0021]本申请提出的量子随机数生成器所生成量子随机数的随机性实际上是提取自二极管的随机信号波动，从而保证了所生成量子随机数的真随机性和可靠性。
附图说明
[0022]图1为根据本申请一些实施例的量子随机数生成器的示意图。
[0023]图2为根据本申请一些实施例的模数转换电路的示意图。
[0024]图3为根据本申请一些实施例的去偏离电路示意图。
[0025]图4为根据本申请实施例的计数电路400的示意图。
[0026]图5和图6为根据本申请一些实施例的第二计数电路中的触发器的示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本申请实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例与附图对本申请提供的基于光互联单元的光学组件及光芯片作具体阐述。
[0028]本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0029]如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”、“约”及“左右”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的
±
10％(例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
[0030]在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“垂直”、“侧面”、“上部”、“下部”以及其衍生性的用词(例如“上表面”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本申请以特定的方向建构或操作。
[0031]另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
[0032]再者，为便于描述，“第一”、“第二”等等可在本文中用于区分一个器件或一系列器件的不同操作。“第一”、“第二”等等不意欲描述对应器件。
[0033]本申请提出的量子随机数生成器利用二极管的量子隧穿效应(以下简称为“隧穿
效应”)或雪崩效应(一种量子效应)产生随机性的波动信号，保证了所生成量子随机数的真随机性和可靠性。
[0034]图1为根据本申请一些实施例的量子随机数生成器的示意图。
[0035]本申请实施例提出的一种基于二极管的量子随机数生成器100可包括：信号生成电路、信号过滤电路、模数转换电路以及去偏离电路，其中信号生成电路包括二极管，该二极管用作熵源以使信号生成电路产生随机性的波动信号；信号过滤电路经配置以对波动信号进行过滤，模数转换电路经配置将经过滤的信号转换为数字信号，去偏离电路经配置通过冯诺依曼去偏离方法去掉模数转换电路的输出信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子随机数生成器，其包括：信号生成电路，其包括二极管，所述二极管用作熵源以使所述信号生成电路产生随机性的波动信号；信号过滤电路，其经配置以对所述波动信号进行过滤；模数转换电路，其经配置将经过滤的信号转换为数字信号；以及计数电路，其基于所述数字信号生成量子随机数。2.根据权利要求1所述的量子随机数生成器，其中所述计数电路还包括二进制计数器。3.根据权利要求2所述的量子随机数生成器，其中所述计数电路还包括交互器件。4.根据权利要求3所述的量子随机数生成器，其中所述交互器件包括处理器。5.根据权利要求1所述的量子随机数生成器，其中所述信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政君，
申请(专利权)人：上海图灵智算量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：