量子随机数发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种量子随机数发生器，脉冲激光器工作在增益开关模式，用于输出重复频率为f的窄脉冲激光序列；所述脉冲激光器的重复频率f通过精密调节，以获得所述窄脉冲激光序列与延时环间的精确匹配；窄脉冲激光序列经过延时环，使两个脉冲叠加并发生干涉；所述光电探测器用于探测干涉结果，以获得随机脉冲信号；所述比较器用于对所述随机脉冲信号的幅度进行比较，并输出随机比特：若光电探测器输出电信号幅度在[V-δ，V+δ]之间，则输出比特0；若幅度大于V+Δ，输出+1；若幅度小于V-Δ，输出-1。本实用新型专利技术速度快、效率高、输出稳定并且精确。

【技术实现步骤摘要】


本技术涉及一种随机数发生器，尤其涉及一种量子随机数发生器。

技术介绍

随机数的产生方法的研究已经有较长的历史.至今仍有统计学者继续研究随机数的产生的方法和理论.随机数的产生,最早的方法称为手工方法.即采用抽签、掷骰子、抽牌、摇号或者从搅乱的罐子中取带数字的球等方法，许多彩票的发行仍采用这种方法。随着计算机和模拟方法的应用，计算机来产生随机数成为新的课题。利用计算机产生随机数有两种方法，在计算机内输入随机数表和把具有随机性质的物理过程变换为随机数，如粒子的辐射性，裂变等等。后者得到的随机数均匀性和随机性都很好，而且取之不尽的，但是缺点也明显，对计算的结果不能重复检验，这种物理随机数的产生需要大量的人力物力去检查和维修，成本过高。而数学方法产生的随机数得到了广泛的应用，虽然产生的随机数为伪随机的，正是因为它的占用内存少、速度快、可重复性的优点。随机数的应用范围很广，对于随机数的均匀性，随机性，独立性的检验也是不可缺少的，只有通过了检验的随机数才有更大的利用空间。产生随机数的几种常用方法有线性同余法、素数模乘同余法、线性同余组合发生器(扩大周期法)等。对比文件中采用的Mach-Zehnder延时环结构使得前后两个脉冲发生干涉，该干涉结构偏振相关性较强，极易受环境干扰而不稳定；另外，对比文件中采用延时环中增加空气隙(air-gap)的方式来匹配脉冲激光器的重复频率，结构复杂，延时与损耗耦合严重，调整困难，这两个缺点使得整个随机数产生系统容易耦合进环境噪声，影响生成随机数的随机性。

技术实现思路

本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种速度快、效率高、输出稳定并且精确的量子随机数发生器。
为实现上述技术目的，本技术采取的技术方案为：量子随机数发生器，包括脉冲激光器、隔离器、比较器和光电探测器；其特征在于：
所述脉冲激光器通过隔离器与延时环连接；延时环、光电探测器和比较器依次串联；
还包括比较器和延时环；
所述延时环为Faraday-Michelson型N比特延时环，N≥1；所述脉冲激光器工作在增益开关模式，用于输出重复频率为f的窄脉冲激光序列；所述脉冲激光器的重复频率f通过精密调节，以获得所述窄脉冲激光序列与延时环间的精确匹配；
所述窄脉冲激光序列经过延时环，使两个脉冲叠加并发生干涉；
所述光电探测器用于探测干涉结果，以获得随机脉冲信号；
所述比较器用于对所述随机脉冲信号的幅度进行比较，并输出随机比特：若光电探测器输出电信号幅度在[V-δ，V+δ]之间，则输出比特0；若幅度大于V+Δ，输出+1；若幅度小于V-Δ，输出-1。
V、δ和Δ均为电信号数值，δ和Δ是用于判断信号V变化的一个小量，可根据实际信号值V的大小设定，原则上Δ>δ；这里V是光电探测器的输出电压幅度的均值，δ和Δ需要我们依据系统的特性定义，使得输出的随机比特概率相同，原则上Δ>δ；。
作为本技术进一步改进的技术方案，所述窄脉冲激光序列经过延时环，使第k个脉冲与第k+N个脉冲发生干涉，k≥1，N≥1。
作为本技术进一步改进的技术方案，光电探测器为APD管或者PIN管。原则上高速的光电探测器都行，所以APD管也是可以的，但是考虑到成本和响应速度，PIN管更优；这里单比特延时环就是N＝1的特例而已，原则上来讲，N越大随机性越有保障，但是N大了，延时环的长度就得增加，这样受到环境的扰动就会增加
本技术的脉冲激光器工作在增益开关模式，输出重复频率为f的窄脉冲激光序列。脉冲经过Faraday-Michelson型单比特延时环或者N比特延时环，使得前后两个脉冲发生干涉。为了获得好的干涉效果，通过精密调节脉冲激光器的重复频率f，以获得激光脉冲序列与延时环间的精确匹配。干涉结果被PIN管探测，获得随机脉冲信号。比较器对随机的信号的幅度进行比较，输出随机比特：若幅度为[V-δ，V+δ]，输出比特0；若幅度大于V+Δ，输出+1；若幅度小于V-Δ，输出-1。这里的参数δ和Δ需要根据具体的模型进行计算，获得等比的输出随机比特。总之，本技术通过精细调节频率f来匹配延时环、延时环采用Faraday-Michelson结构；采用比较器获得好的高速性能，因此本技术速度快、效率高、输出稳定并且精确。
附图说明
图1为本技术的电路结构示意图。
下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本量子随机数发生器，包括脉冲激光器、隔离器、比较器和光电探测器；所述脉冲激光器通过隔离器与延时环连接；延时环、光电探测器和比较器依次串联；还包括比较器和延时环；所述延时环为Faraday-Michelson型N比特延时环，N≥1；所述脉冲激光器工作在增益开关模式，用于输出重复频率为f的窄脉冲激光序列；所述脉冲激光器的重复频率f通过精密调节，以获得所述窄脉冲激光序列与延时环间的精确匹配；所述窄脉冲激光序列经过延时环，使两个脉冲叠加并发生干涉；所述光电探测器用于探测干涉结果，以获得随机脉冲信号；所述比较器用于对所述随机脉冲信号的幅度进行比较，并输出随机比特：若光电探测器输出电信号幅度在[V-δ，V+δ]之间，则输出比特0；若幅度大于V+Δ，输出+1；若幅度小于V-Δ，输出-1。作为优选方案，所述窄脉冲激光序列经过延时环，使第k个脉冲与第k+N个脉冲发生干涉，k≥1，N≥1。光电探测器为APD管或者PIN管
V、δ和Δ均为电信号数值，δ和Δ是用于判断信号V变化的一个小量，可根据实际信号值V的大小设定，原则上Δ>δ；这里V是光电探测器的输出电压幅度的均值，δ和Δ需要我们依据系统的特性定义，使得输出的随机比特概率相同，原则上Δ>δ；原则上高速的光电探测器都行，所以APD管也是可以的，但是考虑到成本和响应速度，PIN管更优；这里单比特延时环就是N＝1的特例而已，原则上来讲，N越大随机性越有保障，但是N大了，延时环的长度就得增加，这样受到环境的扰动就会增加。
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【技术保护点】
一种量子随机数发生器，包括脉冲激光器、隔离器、比较器和光电探测器；其特征在于：所述脉冲激光器通过隔离器与延时环连接；延时环、光电探测器和比较器依次串联；还包括比较器和延时环；所述延时环为Faraday‑Michelson型N比特延时环，N≥1；所述脉冲激光器工作在增益开关模式，用于输出重复频率为f的窄脉冲激光序列；所述脉冲激光器的重复频率f通过精密调节，以获得所述窄脉冲激光序列与延时环间的精确匹配；所述窄脉冲激光序列经过延时环，使两个脉冲叠加并发生干涉；所述光电探测器用于探测干涉结果，以获得随机脉冲信号；所述比较器用于对所述随机脉冲信号的幅度进行比较，并输出随机比特：若光电探测器输出电信号幅度在[V‑δ，V+δ]之间，则输出比特0；若幅度大于V+Δ，输出+1；若幅度小于V‑Δ，输出‑1。

【技术特征摘要】
2015.05.20 CN 20152032527671.一种量子随机数发生器，包括脉冲激光器、隔离器、比较器和光电探测器；其特征在于：所述脉冲激光器通过隔离器与延时环连接；延时环、光电探测器和比较器依次串联；
还包括比较器和延时环；所述延时环为Faraday-Michelson型N比特延时环，N≥1；所述脉冲激光器工作在增益开关模式，用于输出重复频率为f的窄脉冲激光序列；所述脉冲激光器的重复频率f通过精密调节，以获得所述窄脉冲激光序列与延时环间的精确匹配；所述窄脉冲激光序列经...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云，苗春华，
申请(专利权)人：安徽问天量子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34