【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子随机数发生器，具体涉及一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器及生成方法。
技术介绍
1、随机数在密码学、模拟建模、数据加工与采样等许多领域都具有重要的应用价值。量子随机数是使用基于量子物理原理的设备生成的随机数，与传统的伪随机数发生器不同，它们依赖于量子机制中的随机性现象，具有无条件安全性，可以提供更高的随机性和安全性。
2、放大自发辐射(amplified spontaneous emission，ase)是一种光放大现象，在光放大器或激光器中，粒子被激发时将从基态跃迁到激发态，通常只能维持纳秒或亚纳秒。当激发态粒子自发跃迁回基态时，它们会发出自发辐射光子，这个光子的频率和方向是随机的。在掺铒光纤放大器、超辐射发光二极管等器件中，放大自发辐射现象十分显著，常用于产生随机数。其中，应用超辐射发光二极管(superluminescence diodes，sled)实现的基于放大自发辐射的量子随机数发生器因其光路结构简单，可直接探测，易于集成化等特点而成为研究热点。
3、随机数应用规模的扩大，高速随机数生成的需求越来越大。而现有的基于高速光电模数转换和高精度电域采样的随机信号测量方案受限于电子器件存在的时序抖动而产生“电子瓶颈”，导致高速生成随机数的实现难度较大，并且成本较高。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决目前受限于电子器件存在的时序抖动而产生“电子瓶颈”，导致高速生成随机数的实现难度较大的问题，提供一种基于简化线性光采样的量子随机数
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，包括放大自发辐射信号源、简化线性光采样模块、探测量化模块和后处理模块；
4、所述放大自发辐射信号源，用于产生ase噪声信号并进行滤波和偏振控制后，输出作为信号光；
5、所述简化线性光采样模块，用于产生超短光脉冲作为采样光，并将采样光和信号光耦合后输出三路光信号，分别为光信号i1、光信号i2和光信号i3；其中，将光信号i1分束后得到光信号i11和光信号i12，将光信号i3分束后得到光信号i31和光信号i32；将光信号i11和光信号i31合束后与光信号i2一同输入到探测量化模块中，将光信号i12和光信号i32一同输入到探测量化模块中；以及为探测量化模块提供时钟信号；
6、所述探测量化模块，用于对输入的光信号进行探测，转换为电信号，并根据时钟信号对转换得到的电信号进行量化，得到数字信号；
7、所述后处理模块，用于根据数字信号生成最终的随机数。
8、上述方案中，采用简化线性光采样可以有效克服时序抖动，提高采样的速度与精确度，实现高速生成随机数；而且采用了放大自发辐射信号源，放大自发辐射特性显著，可通过直接测量放大自发辐射信号源的输出作为随机信号，系统光路简单，易于集成化，且自发辐射属于量子熵源，符合量子不确定性的特点，保证了生成随机数的随机性，具有较高的实用价值。
9、优选的，所述放大自发辐射信号源包括超辐射发光二极管、带通滤波器、偏振控制器和光隔离器；
10、所述超辐射发光二极管产生ase噪声信号，ase噪声信号经带通滤波器进行滤波后，进入偏振控制器中进行偏振控制，之后经过光隔离器输出作为信号光。
11、优选的，所述简化线性光采样模块包括锁模激光器、波分复用器、掺铒光纤放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器；
12、所述锁模激光器产生飞秒级超短光脉冲，超短光脉冲经波分复用器分束后，其中一路作为时钟信号输入探测量化模块，另一路经掺铒光纤放大器放大后作为采样光；
13、采样光和信号光进入第一耦合器中进行耦合后输出三路光信号；其中，
14、第二耦合器，用于对光信号i1进行分束；
15、第三耦合器，用于对光信号i3进行分束；
16、第四耦合器，用于对光信号i11和光信号i31进行合束。
17、优选的，所述第一耦合器为3×3光纤耦合器。
18、优选的，所述3×3光纤耦合器的输出如下：
19、
20、其中，es表示信号光的强度，el表示采样光的强度，表示信号光和采样光的相位差。
21、优选的，所述第二耦合器、第三耦合器均为50：50光纤耦合器。
22、优选的，所述探测量化模块包括第一平衡探测器、第二平衡探测器、第一模数转换器、第二模数转换器和光电探测器；
23、所述锁模激光器产生的超短光脉冲经波分复用器分束后，其中一路作为时钟信号经光电探测器探测后为第一模数转换器、第二模数转换器提供时钟电信号；
24、光信号i11和光信号i31合束后与光信号i2一同输入到第一平衡探测器中，由第一平衡探测器进行探测，转换为电信号，并由第一模数转换器根据时钟电信号进行量化，得到一组数字信号；
25、光信号i12和光信号i32一同输入到第二平衡探测器中，由第二平衡探测器进行探测，转换为电信号，并由第二模数转换器根据时钟电信号进行量化，得到另一组数字信号。
26、优选的，所述第一平衡探测器的输出ibpd1为：
27、
28、其中，es表示信号光的强度，el表示采样光的强度，表示信号光和采样光的相位差。
29、优选的，所述第二平衡探测器的输出ibpd2为：
30、
31、其中，es表示信号光的强度，el表示采样光的强度，表示信号光和采样光的相位差。
32、一种基于简化线性光采样的量子随机数生成方法，基于所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器实现，包括以下步骤：
33、s1：产生信号光和采样光；
34、s2：将采样光和信号光耦合后输出三路光信号，分别为光信号i1、光信号i2和光信号i3；
35、s3：将光信号i1分束后得到光信号i11和光信号i12，将光信号i3分束后得到光信号i31和光信号i32；
36、s4：将光信号i11和光信号i31合束后与光信号i2一同进行探测和量化，得到一组数字信号；
37、将光信号i12和光信号i32一同进行探测和量化，得到另一组数字信号；
38、s5：根据每组数字信号对应生成最终的随机数。
39、本专利技术有益的技术效果：
40、本专利技术提供了一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器及生成方法，采用简化线性光采样可以有效克服时序抖动，提高采样的速度与精确度，实现高速生成随机数；而且采用了放大自发辐射信号源，放大自发辐射特性显著，可通过直接测量放大自发辐射信号源的输出作为随机信号，系统光路简单，易于集成化，且自发辐射属于量子熵源，符合量子不确定性的特点，保证了生成随机数的随机性，具有较高的实用价值。
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1.一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，包括放大自发辐射信号源、简化线性光采样模块、探测量化模块和后处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述放大自发辐射信号源包括超辐射发光二极管、带通滤波器、偏振控制器和光隔离器；
3.根据权利要求1所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述简化线性光采样模块包括锁模激光器、波分复用器、掺铒光纤放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器；
4.根据权利要求3所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第一耦合器为3×3光纤耦合器。
5.根据权利要求4所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述3×3光纤耦合器的输出如下：
6.根据权利要求3所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第二耦合器、第三耦合器均为50：50光纤耦合器。
7.根据权利要求6所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述
8.根据权利要求7所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第一平衡探测器的输出IBPD1为：
9.根据权利要求7所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第二平衡探测器的输出IBPD2为：
10.一种基于简化线性光采样的量子随机数生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，包括放大自发辐射信号源、简化线性光采样模块、探测量化模块和后处理模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述放大自发辐射信号源包括超辐射发光二极管、带通滤波器、偏振控制器和光隔离器；
3.根据权利要求1所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述简化线性光采样模块包括锁模激光器、波分复用器、掺铒光纤放大器、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器；
4.根据权利要求3所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第一耦合器为3×3光纤耦合器。
5.根据权利要求4所述的一种基于简化线性光采样的量子随机数发生器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，吴俊森，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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