一种基于单光源的量子随机数管理系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单光源的量子随机数管理系统和方法，包括依次连接的量子随机数发生器单元、随机数监管单元和随机数需求单元；量子随机数发生器单元包括脉冲激光器、分束器、第一衰减器、基于相位噪声的量子随机数发生器、基于真空浮动的量子随机数发生器、基于光子探测的量子随机数发生器和基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器；随机数监管单元用于接收并存储量子随机数发生器单元发送的量子随机数、以及接收随机数需求单元发送的随机数请求，并将相应的所述量子随机数发送给所述随机数需求单元。本发明专利技术利用单个脉冲激光源并多维度结合多个物理的真随机性，能够同时提供不同速率的量子随机数，为不同速率需求场景提供随机数生成服务。场景提供随机数生成服务。场景提供随机数生成服务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单光源的量子随机数管理系统和方法


[0001]本专利技术涉及量子随机数
，特别是涉及一种基于单光源的量子随机数管理系统和方法。

技术介绍

[0002]随机数作为随机试验的产物，由于其不可预测性、不可重复性级无偏性的特性，使得其在社会各方面都扮演着重要的角色，例如在传染病预防领域可以用作模拟病毒传播的行为模型；在医学方面可以进行临床实验模拟；在加密算法领域可以用于生成密钥及安全密码。同时，随机数作为一种重要的基本资源，在科学
也扮演着举足轻重的角色。量子信息的深入研究推动了以量子随机数发生器为代表的一系列量子随机数设备发展。目前量子随机数领域发展虽然较快，但是仍存在集成性不好、功能不完善、精确度不高等缺点，严重制约了量子随机数的发展。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于单光源的量子随机数管理系统和方法，能够在以多种方式生成随机数的同时对随机数进行管理和对随机数发生器进行监控，并根据用户需求精准提供相应的随机数服务，不仅能够提供更加符合用户需求的量子随机数，同时能提升系统的稳定性和安全性。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于单光源的量子随机数管理系统，包括：
[0005]依次连接的量子随机数发生器单元、随机数监管单元和随机数需求单元；
[0006]所述量子随机数发生器单元包括脉冲激光器、分束器、第一衰减器、基于相位噪声的量子随机数发生器、基于真空浮动的量子随机数发生器、基于光子探测的量子随机数发生器和基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器；
[0007]所述脉冲激光器用于发射脉冲重复频率可调的脉冲激光；
[0008]所述分束器用于将所述脉冲激光由一束分成两束，所述分束器包括第一分束器、第二分束器和第三分束器；
[0009]所述第一分束器用于将所述脉冲激光由一束分成两束，分别为第一脉冲激光和第二脉冲激光；
[0010]所述基于相位噪声的量子随机数发生器用于根据所述第一脉冲激光，生成第一量子随机数；
[0011]所述第二分束器用于将所述第二脉冲激光分成两束，分别为第三脉冲激光和第四脉冲激光；
[0012]所述基于真空浮动的量子随机数发生器用于根据所述第三脉冲激光，生成第二量子随机数；
[0013]所述第一衰减器用于将所述第四脉冲激光按照预设光子数进行衰减；
[0014]所述第三分束器用于将衰减后的所述第四脉冲激光分成两束，分别为第五脉冲激
光和第六脉冲激光；
[0015]所述基于光子探测的量子随机数发生器用于根据所述第五脉冲激光，生成第三量子随机数；
[0016]所述基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器用于根据所述第六脉冲激光，生成第四量子随机数；
[0017]所述随机数监管单元用于接收并存储所述量子随机数发生器单元发送的量子随机数、以及接收所述随机数需求单元发送的随机数请求，并根据所述随机数请求将相应的所述量子随机数发送给所述随机数需求单元，其中所述量子随机数包括所述第一量子随机数、所述第二量子随机数、所述第三量子随机数和所述第四量子随机数；
[0018]所述随机数需求单元用于向所述随机数监管单元发送所述随机数请求，并接收来自所述随机数监管单元的所述量子随机数。
[0019]进一步地，所述基于相位噪声的量子随机数发生器包括：掺铒光纤放大器、第四分束器、光纤延时线、多路选择器、干涉仪、光电探测器、第一模数转换器和第一后处理模块；
[0020]所述掺铒光纤放大器用于放大所述第一脉冲激光的信号，并将自发辐射噪声引入所述第一脉冲激光，增大所述第一脉冲激光的相位噪声；
[0021]所述第四分束器用于将放大的所述第一脉冲激光分成若干束第一子脉冲激光，所述第一子脉冲激光的束量与所述光纤延时线的数量相适配；
[0022]所述光纤延时线用于调整所述第一子脉冲激光的相位，以使若干束所述第一子脉冲激光的相位各不相同；
[0023]所述多路选择器用于根据外部输入指令，从若干束所述第一子脉冲激光中选择两束作为干涉激光；
[0024]所述干涉仪用于将所述干涉激光进行干涉，生成噪声信号；
[0025]所述光电探测器用于读取所述噪声信号，并转换为第一模拟电信号；
[0026]所述第一模数转换器用于将所述第一模拟电信号转换为第一数字电信号；
[0027]所述第一后处理模块用于根据预设算法从所述第一数字电信号中提取量子随机源信息，生成第一量子随机数。
[0028]进一步地，所述第四分束器包括三个子分束器，用于将所述第一脉冲激光分成四束所述第一子脉冲激光。
[0029]进一步地，所述基于真空浮动的量子随机数发生器包括：第五分束器、第二衰减器、零差探测器、第二模数转换器和第二后处理模块；
[0030]所述第五分束器用于将所述第三脉冲激光分成若干束第三子脉冲激光，所述第三子脉冲激光的束数与所述第二衰减器的数量相适配；
[0031]所述第二衰减器用于将所述第三子脉冲激光进行衰减，以使衰减后的所述第三子脉冲激光的平均光子数为预设的第一光子数；
[0032]所述零差探测器用于测量衰减后的所述第三子脉冲激光，并根据测量结果生成第二模拟电信号；
[0033]所述第二模数转换器用于将所述第二模拟电信号转换为第二数字电信号；
[0034]所述第二后处理模块用于根据预设算法从所述第二数字电信号中提取量子随机源信息，生成第二量子随机数。
[0035]进一步地，所述第五分束器设置有两个输入端口和两个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输入端口为真空态输入端口，所述第二输入端口为所述第三脉冲激光的输入端口；
[0036]所述第五分束器用于将所述真空态和所述第三脉冲激光进行干涉，并通过所述第一输出端口和所述第二输出端口分别输出所述第三子脉冲激光。
[0037]进一步地，所述基于光子探测的量子随机数发生器包括第三衰减器、光子探测器、第三模数转换器和第三后处理模块；
[0038]所述第三衰减器用于将所述第五脉冲激光进行衰减，以使衰减后的所述第五脉冲激光的平均光子数为预设的第二光子数；
[0039]所述光子探测器用于对衰减后的所述第五脉冲激光进行光子探测，并根据探测结果生成第三模拟电信号，其中，所述探测器包括APD探测器和PNR探测器；
[0040]所述第三模数转换器用于将所述第三模拟电信号转换为第三数字电信号；
[0041]所述第三后处理模块用于根据预设算法从所述第三数字电信号中提取量子随机源信息，生成第三量子随机数。
[0042]进一步地，所述基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器包括：第四衰减器、信号发生器、信号延时器、单光子探测器、第四模数转换器和第四后处理模块；
[0043]所述第四衰减器用于将所述第六脉冲激光进行衰减，以使衰减后的所述第五脉冲激光的平均光子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单光源的量子随机数管理系统，其特征在于，包括：依次连接的量子随机数发生器单元、随机数监管单元和随机数需求单元；所述量子随机数发生器单元包括脉冲激光器、分束器、第一衰减器、基于相位噪声的量子随机数发生器、基于真空浮动的量子随机数发生器、基于光子探测的量子随机数发生器和基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器；所述脉冲激光器用于发射脉冲重复频率可调的脉冲激光；所述分束器用于将所述脉冲激光由一束分成两束，所述分束器包括第一分束器、第二分束器和第三分束器；所述第一分束器用于将所述脉冲激光由一束分成两束，分别为第一脉冲激光和第二脉冲激光；所述基于相位噪声的量子随机数发生器用于根据所述第一脉冲激光，生成第一量子随机数；所述第二分束器用于将所述第二脉冲激光分成两束，分别为第三脉冲激光和第四脉冲激光；所述基于真空浮动的量子随机数发生器用于根据所述第三脉冲激光，生成第二量子随机数；所述第一衰减器用于将所述第四脉冲激光按照预设光子数进行衰减；所述第三分束器用于将衰减后的所述第四脉冲激光分成两束，分别为第五脉冲激光和第六脉冲激光；所述基于光子探测的量子随机数发生器用于根据所述第五脉冲激光，生成第三量子随机数；所述基于单光子时间分辨特性的量子随机数发生器用于根据所述第六脉冲激光，生成第四量子随机数；所述随机数监管单元用于接收并存储所述量子随机数发生器单元发送的量子随机数、以及接收所述随机数需求单元发送的随机数请求，并根据所述随机数请求将相应的所述量子随机数发送给所述随机数需求单元，其中所述量子随机数包括所述第一量子随机数、所述第二量子随机数、所述第三量子随机数和所述第四量子随机数；所述随机数需求单元用于向所述随机数监管单元发送所述随机数请求，并接收来自所述随机数监管单元的所述量子随机数。2.根据权利要求1所述的基于单光源的量子随机数管理系统，其特征在于，所述基于相位噪声的量子随机数发生器包括：掺铒光纤放大器、第四分束器、光纤延时线、多路选择器、干涉仪、光电探测器、第一模数转换器和第一后处理模块；所述掺铒光纤放大器用于放大所述第一脉冲激光的信号，并将自发辐射噪声引入所述第一脉冲激光，增大所述第一脉冲激光的相位噪声；所述第四分束器用于将放大的所述第一脉冲激光分成若干束第一子脉冲激光，所述第一子脉冲激光的束量与所述光纤延时线的数量相适配；所述光纤延时线用于调整所述第一子脉冲激光的相位，以使若干束所述第一子脉冲激光的相位各不相同；所述多路选择器用于根据外部输入指令，从若干束所述第一子脉冲激光中选择两束作
为干涉激光；所述干涉仪用于将所述干涉激光进行干涉，生成噪声信号；所述光电探测器用于读取所述噪声信号，并转换为第一模拟电信号；所述第一模数转换器用于将所述第一模拟电信号转换为第一数字电信号；所述第一后处理模块用于根据预设算法从所述第一数字电信号中提取量子随机源信息，生成第一量子随机数。3.根据权利要求2所述的基于单光源的量子随机数管理系统，其特征在于，所述第四分束器包括三个子分束器，用于将所述第一脉冲激光分成四束所述第一子脉冲激光。4.根据权利要求1所述的基于单光源的量子随机数管理系统，其特征在于，所述基于真空浮动的量子随机数发生器包括：第五分束器、第二衰减器、零差探测器、第二模数转换器和第二后处理模块；所述第五分束器用于将所述第三脉冲激光分成若干束第三子脉冲激光，所述第三子脉冲激光的束数与所述第二衰减器的数量相适配；所述第二衰减器用于将所述第三子脉冲激光进行衰减，以使衰减后的所述第三子脉冲激光的平均光子数为预设的第一光子数；所述零差探测器用于测量衰减后的所述第三子脉冲激光，并根据测量结果生成第二模拟电信号；所述第二模数转换器用于将所述第二模拟电信号转换为第二数字电信号；所述第二后处理模块用于根据预设算法从所述第二数字电信号中提取量子随机源信息，生成第二量子随机数。5.根据权利要求4所述的基于单光源的量子随机数管理系统，其特征在于，所述第五分束器设置有两个输入端口和两个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口，其中，所述第一输入端口为真空态输入端口，所述第二输入端口为所述第三脉冲激光的输入端口；所述第五分束器用于将所述真空态和所述第三脉冲激光进行干涉，并通过所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱远哲，王玲，邰彬，吕鸿，汪进锋，杜婉琳，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：