一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其包括光源、检测器阵列、随机性提取器、均光材料模块以及像素处理控制模块。检测器阵列用于遮挡光源发出的光线，且接收光线中的光子，以产生相应的电子以及电压，并通过至少一个模数转化器以转化为比特流。随机性提取器用于随机提取其接收的数据，并获取随机数。均光材料模块遮挡在光源与检测器阵列之间，并用于均匀化光源发射至检测器阵列的光场。像素处理控制模块周期性统计像素强度分布的区间，以获取光强信息，并判断每个像素强度是否达到一个预设门限，以调节光源的发光的亮度。本发明专利技术可避免在随机性提取器上进行校准和关联的设计，极大地简化了装置，使随机数的生成更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置
本专利技术涉及量子通讯
的一种随机数产生装置，尤其涉及一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置。
技术介绍
随机数在经济、科学、国防、工业生产等各个领域扮演着重要的角色。具体而言，在统计分析、工业和科学领域的仿真、密码学、生活中的博彩业等各方面都有非常重要的应用。经典的方法只能产生伪随机数，从其原理上来看，伪随机实际上只是“看起来像”随机数，也就是以现在的科学技术水平下在有限的时间内，只有非常小的可能性区分出它们的不同。但是从本质上看它们的熵是不同的，因而在很多领域并不能直接使用伪随机数，因为无法在安全通讯等领域里保证绝对的安全性。根据物理过程的随机性，例如使用电子元件的噪音、核裂变宇宙噪声、电路的热噪声、放射性衰变等等可以来产生随机数。虽然这样的随机数不会随着计算能力的发展而产生风险，但其随机性并没有从本质上有保证。根据量子力学的基本原理，量子随机数发生器可以产生真随机数。在过去的十几年间，有很多的量子随机数发生器方案被提出，比如利用单光子探测，量子非局域性和真空态的统计涨落都已经实验成功。但是，现有技术的量子随机发生器不能稳定地量产随机数，需经常进行校准和关联。
技术实现思路
针对现有技术的问题，本专利技术提供一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，以解决现有技术的量子随机发生器不能稳定地量产随机数，需经常进行校准和关联的问题。本专利技术采用以下技术方案实现：一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其包括：光源；检测器阵列，其用于遮挡光源发出的光线，且接收光线中的光子，以产生相应的电子以及电压，并通过至少一个模数转化器以转化为比特流；随机性提取器，其用于随机提取其接收的数据，并获取随机数；均光材料模块，其遮挡在光源与检测器阵列之间，并用于均匀化光源发射至检测器阵列的光场；以及像素处理控制模块，其用于接收所述比特流；像素处理控制模块周期性统计像素强度分布的区间，以获取光强信息，并判断每个像素强度是否达到一个预设门限；在所述像素强度达到所述预设门限时，像素处理控制模块则将检测器阵列产生的比特流传输至随机性提取器；在所述像素强度未达到所述预设门限时，像素处理控制模块则根据所述光强信息判断光强度是否大于一个预设光强度值，是则驱动光源降低发光的亮度，否则驱动光源提高发光的亮度。作为上述方案的进一步改进，在像素处理控制模块接收所述比特流时，还判断首次调整光源的发光亮度是否结束，是则将检测器阵列产生的比特流传输至随机性提取器，否则等待至完成首次调整光源的发光亮度，并判断每个像素强度是否达到所述预设门限。作为上述方案的进一步改进，均光材料模块为具有折射、反射和散射光线特性的透镜。作为上述方案的进一步改进，均光材料模块为采用PET材料制成的至少一层均光扩散膜。进一步地，所述均光扩散膜，其透光率不低于73％，雾度高于95.50％。作为上述方案的进一步改进，在每个像素均工作在线性区域时，定义所述预设门限的光强度值，使得每个像素的电子-数字转换因子ξ>1。进一步地，检测器阵列输出的随机变量X＝Xq+Xt，其中，Xq和Xt分别为量子不确定分布Dq和技术噪声分布Dt的独立随机变量；定义检测器阵列的像素接收的光子的平均数量为n，则所述改进的基于光学的量子随机数产生的装置的量子熵H(Xq)＝ln(2π*e*n)/[2ln(2)]。再进一步地，随机性提取器从大于k的较低熵开始，输入原始位值ri，并计算k个高熵输出位yi；其中，k为正整数，yi＝∑[Mji*ri]，即yi由原始位值ri形成的向量和随机1*k矩阵M之间执行向量乘法所得。作为上述方案的进一步改进，检测器阵列具有传输概率损耗的有损信道，且设有具有一定量子效率的光电传感器。进一步地，光电传感器为具有像素阵列的图像传感器，且所述图像传感器为CCD传感器或者CMOS传感器。本专利技术的改进的基于光学的量子随机数产生的装置，通过在光源和检测器阵列之间插入一个或者多个均光材料模块，以均匀化光源发射至检测器阵列的光场，从而使检测器阵列表面的光强均匀化，进而使检测器阵列各区域接收的光子数更加均匀，可避免在随机性提取器上进行校准和关联的设计，且本专利技术可采用单个随机性提取器，极大地简化了装置，提高了能源的利用率。同时，在本专利技术中，像素处理控制模块可以根据像素强度以及光强度对光源的发光亮度进行调整，并形成实时的闭环回路，这样，即使由于光源产生老化、高低温等情况并影响光源的辐射而导致发出光场的变化，像素处理控制模块也可以通过光源自适应地调整光强强度，使得检测器阵列工作在更稳定的线性区域内，使得随机数的生成更加稳定。附图说明图1为现有的一种随机数发生器的原理框图；图2为图1中的随机数发生器的光源发光至检测器阵列的光照图；图3为本专利技术实施例1的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的原理框图；图4为图3中的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的光源发光至检测器阵列的光照图；图5为图3中的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的检测器阵列的内部框图；图6为图3中的改进的基于光学的量子随机数产生的装置的像素处理控制模块的流程图；图7为本专利技术实施例3的光学量子随机数生成器的布置结构的原理框图；图8为图7中的光学量子随机数生成器的布置结构的光源发光至检测器阵列的光照图；图9为图7中的光学量子随机数生成器的布置结构的结构示意图；图10为图7中的光学量子随机数生成器的布置结构在未设置屏蔽罩时的俯视图；图11为本专利技术实施例4的光学量子随机数生成器的布置结构在未设置屏蔽罩时的俯视图。符号说明：1光源4均光材料模块2检测器阵列5像素处理控制模块2a有损信道6多像素光子传感器2b光电传感器7PCB板2c模数转化器8屏蔽罩3随机性提取器具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1以及图2，图中展现了现有的一种随机数发生器，光源1产生的光直接照射在检测器阵列2上。检测器阵列2的像素接收到光子，产生电子和电压，经过ADC后，相应的比特流通过随机性提取器3进行随机性的提取，如将M位数据变换为N位的数据(M>N)，最后形成可以使用的随机数。但是，本案专利技术人通过研究发现，上述随机数发生器存在产生随机数不稳定的情况。在光源1产生的光到达检测器阵列2的时候，光场是不均匀的。其中，光源1直射的像素点，光强就会比较强，而边沿的像素点，其光强就会较弱。整个检测器阵列2的不同像素，其接收光的强弱差距较大，为了尝试解决这个问题，在随机性提取器3中就不得不设计多种不同的门限，以及采用多个随机性提取器3。这样，对于每个像素点，就要去判别当时的光强(接收的光子数)，并以此来选择相应的随机性提取器3。如此，整个系统的设计就会比较复杂，甚至是难以实现稳定的可量产的设备。例如，随着光源1的老化，或者光源1所处于温度的剧烈变化，检测器阵列2处的光强发生变化，就有需要对于每个像素所关联的随机性提取器3进行重新校准和关联。因而，随机数的输出就会受到比较大的影响，严重情况下，随机数发生器不得不暂时停止随机数输出。故，本案专利技术人提供以下实施例，以解决上述问题。实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其包括：光源(1)；检测器阵列(2)，其用于遮挡光源(1)发出的光线，且接收光线中的光子，以产生相应的电子以及电压，并通过至少一个模数转化器(2c)以转化为比特流；随机性提取器(3)，其用于随机提取其接收的数据，并获取随机数；其特征在于，所述改进的基于光学的量子随机数产生的装置还包括：至少一个均光材料模块(4)，其遮挡在光源(1)与检测器阵列(2)之间，并用于均匀化光源(1)发射至检测器阵列(2)的光场；以及像素处理控制模块(5)，其用于接收所述比特流；像素处理控制模块(5)周期性统计像素强度分布的区间，以获取光强信息，并判断每个像素强度是否达到一个预设门限；在所述像素强度达到所述预设门限时，像素处理控制模块(5)则将检测器阵列(2)产生的比特流传输至随机性提取器(3)；在所述像素强度未达到所述预设门限时，像素处理控制模块(5)则根据所述光强信息判断光强度是否大于一个预设光强度值，是则驱动光源(1)降低发光的亮度，否则驱动光源(1)提高发光的亮度。

【技术特征摘要】
1.一种改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其包括：光源(1)；检测器阵列(2)，其用于遮挡光源(1)发出的光线，且接收光线中的光子，以产生相应的电子以及电压，并通过至少一个模数转化器(2c)以转化为比特流；随机性提取器(3)，其用于随机提取其接收的数据，并获取随机数；其特征在于，所述改进的基于光学的量子随机数产生的装置还包括：至少一个均光材料模块(4)，其遮挡在光源(1)与检测器阵列(2)之间，并用于均匀化光源(1)发射至检测器阵列(2)的光场；以及像素处理控制模块(5)，其用于接收所述比特流；像素处理控制模块(5)周期性统计像素强度分布的区间，以获取光强信息，并判断每个像素强度是否达到一个预设门限；在所述像素强度达到所述预设门限时，像素处理控制模块(5)则将检测器阵列(2)产生的比特流传输至随机性提取器(3)；在所述像素强度未达到所述预设门限时，像素处理控制模块(5)则根据所述光强信息判断光强度是否大于一个预设光强度值，是则驱动光源(1)降低发光的亮度，否则驱动光源(1)提高发光的亮度。2.如权利要求1所述的改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其特征在于，在像素处理控制模块(5)接收所述比特流时，还判断首次调整光源(1)的发光亮度是否结束，是则将检测器阵列(2)产生的比特流传输至随机性提取器(3)，否则等待至完成首次调整光源(1)的发光亮度，并判断每个像素强度是否达到所述预设门限。3.如权利要求1所述的改进的基于光学的量子随机数产生的装置，其特征在于，均光材料模块(4)为具有折射、反射和散射光线特性的透镜。4.如权利要求1所述的改进的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文婷，
申请(专利权)人：徐文婷，
类型：发明
国别省市：江苏,32