一种基于随机相位的量子随机数发生器及生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于随机相位的量子随机数发生器及生成方法，随机数发生器包括至少两个随机相位发生单元和相干探测器，至少两个随机相位发生单元均分别与相干探测器连接，每个随机相位发生单元均包括开关，开关被按照预设顺序开启，以触发相应的随机相位发生单元产生谐振随机相位的光信号，两两开关被开启的时机需满足：其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭；相干探测器用于探测两两随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，得到相位差，以便于生成随机数。本发明专利技术利用激光器受激辐射，竞胜出的自发辐射光子的相位具有随机、不可预测性，基于此构建随机数发生器，生成真随机数。成真随机数。成真随机数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机相位的量子随机数发生器及生成方法


[0001]本专利技术涉及量子安全通信
，尤其涉及一种基于随机相位的量子随机数发生器及生成方法。

技术介绍

[0002]现代社会中，随机数被广泛应用于仿真模拟、密码学、量子信息等领域。依照生成原理的不同，随机数可分为真随机数和伪随机数两大类。伪随机数在一定范围内具有自相关性，因此可以被预测。
[0003]对于现有的随机数发生器而言，大多生成的都是伪随机数，伪随机数虽然具有类似真随机数的统计特征，但它们实际上是可以通过某种周期性规则进行计算出来的；还有一小部分的随机数发生器可以生成真随机数。对于现有的生成真随机数的发生器而言，基本都是采用复杂的电路，或复杂的仪器组合，来完成真随机数的生成。复杂电路或复杂仪器组合形成的随机数发生器往往具有操作复杂，制作困难，并且成本高的特点。
[0004]鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决上述技术问题，是本
待解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何解决现有生成真随机数的发生器结构复杂带来的操作复杂、制作困难，以及成本高的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于随机相位的量子随机数发生器，包括至少两个随机相位发生单元和相干探测器，至少两个所述随机相位发生单元均分别与所述相干探测器连接，每个所述随机相位发生单元均包括开关，其中，所述开关被按照预设顺序开启，以触发相应的随机相位发生单元产生谐振随机相位的光信号，其中，两两开关被开启的时机需满足：其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭；
[0008]所述相干探测器用于探测两两随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，得到相位差，以便于根据相位差生成随机数。
[0009]优选的，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元，所述量子随机数发生器包括一个泵浦激光器、分束器、第一开关、第二开光、第一单频光纤激光谐振器和第二单频光纤激光谐振器；
[0010]所述泵浦激光器的输出端与所述分束器的输入端连接，所述分束器的其中一个输出端通过第一开关与所述第一单频光纤激光谐振器的输入端连接，所述第一单频光纤激光谐振器的输出端与所述相干探测器的其中一个输入端连接；
[0011]所述分束器的另一个输出端通过第二开关与所述第二单频光纤激光谐振器的输入端连接，所述第二单频光纤激光谐振器的输出端与所述相干探测器的另一个输入端连
接；
[0012]其中，所述泵浦激光器、所述分束器、第一开关和第一单频光纤激光谐振器构成第一随机相位发生单元；
[0013]所述泵浦激光器、所述分束器、第二开关和第二单频光纤激光谐振器构成第二随机相位发生单元。
[0014]优选的，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元，所述量子随机数发生器包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一开关、第二开光、第一单频光纤激光谐振器和第二单频光纤激光谐振器；
[0015]所述第一泵浦激光器、所述第一开关和所述第一单频光纤激光谐振器依次连接，以构成第一随机相位发生单元，其中，所述第一单频光纤激光谐振器与所述相干探测器连接；
[0016]所述第二泵浦激光器、第二开关和第二单频光纤激光谐振器依次连接，以构成第二随机相位发生单元，其中，所述第二单频光纤激光谐振器与所述相干探测器连接。
[0017]优选的，所述相干探测器与对应单频光纤激光谐振器之间的信道长度小于对应随机相位发生单元的相干长度。
[0018]优选的，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元；
[0019]所述第一随机相位发生单元包括第一单频半导体激光器和第一电流调控器，所述第一电流调控器与所述第一单频半导体激光器连接，所述第一单频半导体激光器与所述相干探测器连接；
[0020]所述第二随机相位发生单元包括第二单频半导体激光器和第二电流调控器，所述第二电流调控器与所述第二单频半导体激光器连接，所述第二单频半导体激光器与所述相干探测器连接；
[0021]其中，所述第一电流调控器和所述第二电流调控器分别作为相应随机相位发生单元中的开关。
[0022]优选的，所述量子随机数发生器包括第一随机相位发生单元、第二随机相位发生单元和第三随机相位发生单元，所述第一随机相位发生单元包括第一开关、所述第二随机相位发生单元包括第二开关，所述第三随机相位发生单元包括第三开关，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关被交替开启；
[0023]所述相干探测器用于探测第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，或用于探测第一随机相位发生单元和第三随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，或用于探测第二随机相位发生单元和第三随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，以提高随机数生成的效率。
[0024]第二方面，本专利技术在基于随机相位的量子随机数发生器的基础上，还提出了一种基于随机相位的量子随机数的生成方法，所述生成方法包括：
[0025]按照预设顺序开启相应的开关，以触发相应的随机相位发生单元产生谐振随机相位的光信号，其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭；
[0026]相干探测器探测两两随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，得到相位差，以便于根据相位差生成随机数。
[0027]优选的，按照预设顺序开启相应的开关，以触发相应的随机相位发生单元产生谐振随机相位的光信号包括：
[0028]同时开启全部的随机相位发生单元中的开关；或，
[0029]在预设时间内，将其中一个随机相位发生单元的开关处于开启状态，间歇性开启其他随机相位发生单元的开关；或，
[0030]交替开启全部的随机相位发生单元中的开关，以使得其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭。
[0031]优选的，所述量子随机数发生器包括第一随机相位发生单元、第二随机相位发生单元和第三随机相位发生单元，所述第一随机相位发生单元包括第一开关、所述第二随机相位发生单元包括第二开关，所述第三随机相位发生单元包括第三开关；
[0032]所述交替开启全部的随机相位发生单元中的开关，以使得其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭，具体包括：
[0033]设定所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的开关周期，以控制各个开关按照给定的开关周期循环开启或关闭；
[0034]先开启所述第二开关，在所述第二开关的第一个开关周期的关断信号到来之前开启所述第三开关；
[0035]在所述第三开关的第一个开关周期的关断信号到来之前开启所述第一开关，以将各个开关的开关周期错开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，包括至少两个随机相位发生单元和相干探测器，至少两个所述随机相位发生单元均分别与所述相干探测器连接，每个所述随机相位发生单元均包括开关，其中，所述开关被按照预设顺序开启，以触发相应的随机相位发生单元产生谐振随机相位的光信号，其中，两两开关被开启的时机需满足：其中一个随机相位发生单元的稳定状态建立后，另一个随机相位发生单元还未被关闭；所述相干探测器用于探测两两随机相位发生单元所产生的光信号的谐振随机相位之间的差值，得到相位差，以便于根据相位差生成随机数。2.根据权利要求1所述的基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元，所述量子随机数发生器包括一个泵浦激光器、分束器、第一开关、第二开光、第一单频光纤激光谐振器和第二单频光纤激光谐振器；所述泵浦激光器的输出端与所述分束器的输入端连接，所述分束器的其中一个输出端通过第一开关与所述第一单频光纤激光谐振器的输入端连接，所述第一单频光纤激光谐振器的输出端与所述相干探测器的其中一个输入端连接；所述分束器的另一个输出端通过第二开关与所述第二单频光纤激光谐振器的输入端连接，所述第二单频光纤激光谐振器的输出端与所述相干探测器的另一个输入端连接；其中，所述泵浦激光器、所述分束器、第一开关和第一单频光纤激光谐振器构成第一随机相位发生单元；所述泵浦激光器、所述分束器、第二开关和第二单频光纤激光谐振器构成第二随机相位发生单元。3.根据权利要求1所述的基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元，所述量子随机数发生器包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、第一开关、第二开光、第一单频光纤激光谐振器和第二单频光纤激光谐振器；所述第一泵浦激光器、所述第一开关和所述第一单频光纤激光谐振器依次连接，以构成第一随机相位发生单元，其中，所述第一单频光纤激光谐振器与所述相干探测器连接；所述第二泵浦激光器、第二开关和第二单频光纤激光谐振器依次连接，以构成第二随机相位发生单元，其中，所述第二单频光纤激光谐振器与所述相干探测器连接。4.根据权利要求2或3所述的基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，所述相干探测器与对应单频光纤激光谐振器之间的信道长度小于对应随机相位发生单元的相干长度。5.根据权利要求1所述的基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器具体包括第一随机相位发生单元和第二随机相位发生单元；所述第一随机相位发生单元包括第一单频半导体激光器和第一电流调控器，所述第一电流调控器与所述第一单频半导体激光器连接，所述第一单频半导体激光器与所述相干探测器连接；所述第二随机相位发生单元包括第二单频半导体激光器和第二电流调控器，所述第二电流调控器与所述第二单频半导体激光器连接，所述第二单频半导体激光器与所述相干探测器连接；
其中，所述第一电流调控器和所述第二电流调控器分别作为相应随机相位发生单元中的开关。6.根据权利要求1所述的基于随机相位的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器包括第一随机相位发生单元、第二随机相位发生单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤祝熙，官成钢，刘锐，陈小威，邓宇真，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：