基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法、系统及存储介质，通过激光脉冲序列、可调谐衰减器、单光子探测器、时域分析仪实现弱相干脉冲产生与探测，通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列，通过时序位置记录和二进制转码实现时序编码随机数生成，利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。本发明专利技术结构简单、易于集成，可以为安全通信、机器学习、随机算法等应用提供全新技术方案。技术方案。技术方案。

【技术实现步骤摘要】
基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法


[0001]本专利技术属于计算机和量子光学交叉学科领域，具体是指一种通过衰减激光脉冲获得弱相干脉冲序列并通过非空脉冲时序位置探测生成随机数的技术，尤其涉及一种基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]弱相干脉冲光源可作为理想单光子光源的替代方案，在量子光学领域特别是量子通信领域发挥重要作用。弱相干脉冲可通过衰减激光脉冲功率获得，当单脉冲平均光子数小于1时，弱相干脉冲将呈现出与相干脉冲不同的光子态特性：单脉冲光子将随机呈现出真空态(空脉冲)、单光子态(非空脉冲、零延迟二阶相关系数为0)和多光子态(非空脉冲、零延迟二阶相关系数为0)，非空脉冲光子数近似满足泊松分布。弱相干脉冲具备一定的随机分布特性，满足海森堡测不准原理、量子态不可分离原理、量子态不可复制原理等，能够支持通信双方的量子真随机数同步共享。
[0003]随机数生成技术在计算机学科和通信学科运用广泛，典型应用包括但不限于蒙特卡洛估算、PN码分多址、Hardcore加密、机器学习模型训练等。然而，传统的通过算法产生的随机数均为伪随机数，理论上可通过海量计算推测随机数生成规律，只有通过真实随机事件(物理随机过程)产生的随机数才是真随机数。另一方面，传统的硬件噪声随机数生成器需要捕捉放大电路热噪声、电磁场环境噪声等，随机数生成速率较慢且具有高度的不确定性(硬件用户行为、电磁环境变化)。

技术实现思路

[0004]针对现有技术，本专利技术要解决的技术问题是通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列，利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。
[0005]为了达到上述效果，本专利技术提供的基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，通过激光脉冲序列、可调谐衰减器、单光子探测器、时域分析仪实现弱相干脉冲产生与探测，通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列，通过时序位置记录和二进制转码实现时序编码随机数生成，利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。
[0006]优选的，上述弱相干脉冲序列重复频率稳定、空脉冲与非空脉冲平均占比均为50％。
[0007]优选的，上述弱相干脉冲序列通过衰减激光脉冲序列实现，或通过电泵浦/光泵浦方量子点或金刚石色心缺陷或二阶非线性晶体/周期极化波导自发频率下转换效应或光纤/三阶非线性波导自发四波混频效应实现。
[0008]优选的，上述时序编码在整数倍于弱相干脉冲序列周期的采样时间内，记录非空脉冲响应出现的时序位置，通过序号转码生成随机数序列，通过定长采样或通过非定长采
样实现时序编码。
[0009]优选的，上述定长采样方案是指在固定不变的、整数倍于弱相干脉冲序列周期的采样时间内，以响应时间出现的时序位置生成随机数。
[0010]优选的，上述非定长采样方案是指在不固定的采样时间内，以响应时间出现的时序位置生成随机数。
[0011]优选的，上述随机数生成即通过多路弱相干脉冲序列和多通道单光子探测实现。
[0012]优选的，上述多路弱相干脉冲序列实现方法包括但不限于：多台脉冲激光器和多个可调谐衰减器独立产生多路弱相干脉冲序列、非线性光频梳经波分复用系统分至多路并通过多个可调谐衰减器产生弱相干脉冲序列、多波长单光子光源经波分复用系统产生多路单光子序列。
[0013]一种实现如上述基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法的系统，包括：
[0014]弱相干脉冲产生与探测单元，用于通过激光脉冲序列、可调谐衰减器、单光子探测器、时域分析仪实现弱相干脉冲产生与探测；
[0015]弱相干脉冲序列生成单元，用于通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列；
[0016]时序编码随机数生成单元，用于通过时序位置记录和二进制转码实现时序编码随机数生成；
[0017]高速随机数序列生成单元，用于利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。
[0018]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0019]与现有技术相比，本专利技术通过探测单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列中非空脉冲时序位置经定长采样后编码生成随机数序列，本专利技术结构简单、易于集成，能够产生重复频率高、稳定性好、具有符合量子力学基本原理的真随机属性的随机数序列，为安全通信、及其学习、随机算法等应用提供全新解决思路。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出了本专利技术基于弱相干脉冲时序编码随机数生成器示意图。
具体实施方式
[0022]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更好的理解。
[0023]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0024]本实施例提供一种基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，通过激光脉冲序列、可调谐衰减器、单光子探测器、时域分析仪实现弱相干脉冲产生与探测，通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列，通过时序位置记录和二进制转码实现时序编码随机数生成，利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。
[0025]在一些实施例中，弱相干脉冲序列重复频率稳定、空脉冲与非空脉冲平均占比均为50％。
[0026]在一些实施例中，弱相干脉冲序列通过衰减激光脉冲序列实现，或通过电泵浦/光泵浦方量子点或金刚石色心缺陷或二阶非线性晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，通过激光脉冲序列、可调谐衰减器、单光子探测器、时域分析仪实现弱相干脉冲产生与探测，通过衰减激光脉冲序列生成单脉冲平均光子数为0.5的弱相干脉冲序列，通过时序位置记录和二进制转码实现时序编码随机数生成，利用单光子探测器探测弱相干脉冲序列中的非空脉冲响应，定时采样记录非空脉冲时间序号并通过二进制转码生成高速随机数序列。2.根据权利要求1所述的基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，其特征在于，所述弱相干脉冲序列重复频率稳定、空脉冲与非空脉冲平均占比均为50％。3.根据权利要求1或2所述的基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，其特征在于，所述弱相干脉冲序列通过衰减激光脉冲序列实现，或通过电泵浦/光泵浦方量子点或金刚石色心缺陷或二阶非线性晶体/周期极化波导自发频率下转换效应或光纤/三阶非线性波导自发四波混频效应实现。4.根据权利要求1所述的基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，其特征在于，所述时序编码在整数倍于弱相干脉冲序列周期的采样时间内，记录非空脉冲响应出现的时序位置，通过序号转码生成随机数序列，通过定长采样或通过非定长采样实现时序编码。5.根据权利要求4所述的基于弱相干脉冲时序编码随机数生成方法，其特征在于，所述定长采样方案是指在固定不变的、整数倍于弱相干脉冲序列周期的采样时间内，以响应时间出现的时序位置生成随机数。6.根据权利要求4所述的基于弱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，张晶晶，曹毅宁，许波，王俊华，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：