一种量子真随机数SOC芯片及设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种量子真随机数SOC芯片及设备，包括：光子拾取模块，包括LED光源与半导体光电传感器，所述LED光源用于随机发射光子；所述半导体光电传感器用于接收光子，并将接收到的光子数量转换为电子数量；放大数模转化模块，连接所述光子拾取模块；所述放大数模转化模块将电信号转化成数字信号；处理模块，连接所述放大数模转化模块；所述处理模块用于接收所述数字信号，以输出随机数。本实用新型专利技术将LED光源及半导体光电传感器封装于一颗芯片中，实现量子随机数产品单芯片化，现场运用的小型化，方便适用于多种应用场景，满足不同需求。同需求。同需求。

【技术实现步骤摘要】
一种量子真随机数SOC芯片及设备


[0001]本技术涉及随机数生成
，尤其涉及一种量子真随机数SOC芯片设备。

技术介绍

[0002]量子随机数发生器是基于量子测量过程的随机数产生装置，产生的量子随机数被认为是真随机的。真随机数在统计分析, 数值模拟, 保密通信等领域都发挥着至关重要的作用。不可预测性是真随机数的重要特征, 真随机数在很多方面的应用都是由不可预测性所保证的。理论上量子不确定性保证了量子产生随机数的不可预测性, 但实际上不可预测性需要依赖于器件的安全性去讨论。
[0003]量子随机数发生器大部分基于单光子探测技术的、真空涨落、激光器相位噪声的技术方案。对于实用化量子随机数发生器，实时生成速率和集成度是核心指标。只有体型较大、速度相对较慢的量子随机数发生器才能达到与量子物理基本定律相当的随机性水平，且大多数量子随机数发生器都使用了单独的光子与电子元件。现阶段，急需一个将所有元件均集成一体、小型化的芯片。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种量子真随机数SOC芯片及设备，实现量子随机数产品芯片化，实现现场运用的小型化。
[0005]本技术的目的之一采用如下技术方案实现：
[0006]一种量子真随机数SOC芯片，包括：
[0007]光子拾取模块，包括LED光源与半导体光电传感器，所述LED光源用于随机发射光子；所述半导体光电传感器用于接收光子，并将接收到的光子数量转换为电子数量；
[0008]放大数模转化模块，连接所述光子拾取模块；所述放大数模转化模块将电信号转化成数字信号；
[0009]处理模块，连接所述放大数模转化模块；所述处理模块用于接收所述数字信号，以输出随机数。
[0010]可选的，所述光子拾取模块的数量为2组，每组所述光子拾取模块包括1个LED光源与1个半导体光电传感器。
[0011]可选的，所述放大数模转化模块包括电压放大单元与数模转化单元，电压放大单元的输入端连接所述半导体光电传感器，所述电压放大单元的输出端所述数模转化单元连接；所述电压放大单元用于将电压信号放大以得到最大动态的电压信号，所述数模转化单元用于将电压信号采样、转化得到数字信号。
[0012]可选的，还设置FPGA模块，所述FPGA模块连接所述处理模块；所述FPGA模块用于将Toeplitz矩阵哈希算法固化至处理模块，以从长度M的低熵值序列中提取长度K的高熵值序列，其中M大于K。
[0013]可选的，所述处理模块包括处理器，所述处理器用于接收数字信号。
[0014]可选的，还包括字符模块，所述字符模块连接所述处理模块，所述字符模块用于存储字符码及信息单元。
[0015]可选的，还设置有外接接口，所述外接接口包括USB接口与IIC接口、SPI接口，所述USB接口与IIC接口、SPI接口连接处理模块。
[0016]可选的，所述放大数模转化模块的数量为2个，且每个所述放大数模转化模块连接对应的半导体光电传感器。
[0017]本技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0018]一种设备，包括如上任一所述的一种量子真随机数SOC芯片。
[0019]相比现有技术，本技术的有益效果在于：
[0020]本申请所提供的量子真随机数SOC芯片及设备，内置光子拾取模块、放大数模转化模块与处理模块，光子拾取模块随机发射并接收符合泊松分布的光子，将光信号转化为电信号，由放大数模转化模块将电信号转化成数字信号，处理器根据所述数字信号提取出量子随机数。将LED光源及半导体光电传感器封装于一颗芯片中，实现量子随机数产品单芯片化，现场运用的小型化，方便适用于多种应用场景，满足不同需求。
附图说明
[0021]图1为本技术所提供实施例的量子真随机数SOC芯片的结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0023]本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0024]需要说明的是，在本技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0025]如图1所示，本申请提供一种量子真随机数SOC芯片，在芯片内部封装光子拾取模块及放大数模转化模块、处理模块，将量子随机数发生器集成于一个芯片内部，实现量子随机数产品单芯片化。
[0026]本量子真随机数SOC芯片包括光子拾取模块、放大数模转化模块及处理模块，所述
光子拾取模块连接所述放大数模转化模块，所述放大数模转化模块连接所述处理模块。所述光子拾取模块包括LED光源与半导体光电传感器，所述LED光源用于随机发射光子；所述半导体光电传感器用于接收光子，并将接收到的光子数量转换为电子数量。放大数模转化模块，连接所述光子拾取模块。所述放大数模转化模块将电信号转化成数字信号。所述处理模块用于接收数字信号，并根据所述数字信号进行统计及筛选，以输出随机数。
[0027]具体的，所述光子拾取模块包括光源与半导体光电传感器，所述光源设置于所述半导体光电传感器前端。所述光源采用多组可见光波段的LED光源，随机发射光子，采用恒流技术，确保光源电流和光强的稳定性。光源可以选择发光二极管、激光二极管或者其他可以随机发射光子的光源。LED光源可以设置1组或者2组以上，但设置多组LED光源会导致芯片面积增大。因此，在本实施例中，所述光子拾取模块的数量为2组，每组所述光子拾取模块包括1个LED光源与1个半导体光电传感器，可以更高速率的产生随机数。集成双通道光子拾取模块，为产生更多随机数做好物理储备。所述半导体光电传感器包括CMOS像素阵列，所述CMOS像素阵列用于接收光子，并将接收到的光子数量转化为电子数量，通过矩阵快速扫描得到电子累加电压。
[0028]所述放大数模转化模块包括电压放大单元与数模转化单元，所述电压放大单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子真随机数SOC芯片，其特征在于，包括：光子拾取模块，包括LED光源与半导体光电传感器，所述LED光源用于随机发射光子；所述半导体光电传感器用于接收光子，并将接收到的光子数量转换为电子数量；放大数模转化模块，连接所述光子拾取模块；所述放大数模转化模块将电信号转化成数字信号；处理模块，连接所述放大数模转化模块；所述处理模块用于接收所述数字信号，以输出随机数；FPGA模块，所述FPGA模块连接所述处理模块；字符模块，所述字符模块连接所述处理模块，所述字符模块用于存储字符码及信息单元。2.如权利要求1所述的一种量子真随机数SOC芯片，其特征在于，所述光子拾取模块的数量为2组，每组所述光子拾取模块包括1个LED光源与1个半导体光电传感器。3.如权利要求2所述的一种量子真随机数SOC芯片，其特征在于，所述放大数模转化模块包括电压放大单元与数模转化...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔恩楠，付平，周卓俊，黄毛毛，陈柳平，韩琢，罗乐，
申请(专利权)人：国开启科量子技术北京有限公司，
类型：新型
国别省市：