一种量子随机数产生系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种量子随机数产生系统及方法，涉及量子随机数领域，该系统包括依次连接的光源模块、耦合滤波模块、探测模块、信号放大模块、模数转换模块及后处理模块。该方法为：光源模块产生多路宽谱光，并传输至耦合滤波模块；通过耦合滤波模块生成窄谱光，并传输至探测模块；通过探测模块转换为模拟电流信号，并传输至信号放大模块；通过信号放大模块甄别整形放大为模拟电压信号，并传输至模数转换模块；通过模数转换模块转换为数字电压信号，并传输至后处理模块；通过后处理模块生成量子随机数。本发明专利技术通过增加放大自发辐射光源的方式，解决了当前基于放大自发辐射生成量子随机数过程中器件要求高及光源发光强度降低所带来的问题。来的问题。来的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种量子随机数产生系统及方法


[0001]本专利技术涉及量子随机数领域，具体涉及一种量子随机数产生系统及方法。

技术介绍

[0002]随机数是信息安全领域中不可或缺的一部分，被广泛应用于密码学、模拟、通信等领域。经典随机数发生器是通过某些确定性算法对随机数种子进行计算，从而得到随机数的。当采用的算法被得知后，基于该算法得到的随机数就存在有被破解的风险，无法保证绝对的安全。量子随机数的随机性来源于量子系统的内禀随机性，是无法被任何算法破解的，量子系统的内禀随机性使得量子随机数成为真随机数。
[0003]量子随机发生器是当前热门的研究方向，然而无论是早期的单光子方案得到量子随机数，还是现今激光相位波动与真空态方案得到量子随机数，都存在有不足之处。单光子方案是通过单光子的路径选择和到达时间来得到量子随机数的，该方案实施过程中需要使用到昂贵的单光子探测器，成本高。激光相位波动与真空态方案是通过强光来得到量子随机数的，该方案受限于连续激光的自关联性，且系统结构复杂，激光器的性能要求也较高。目前，基于放大自发辐射得到量子随机数的方案，是一种相对结构简单、成本低、实用性高的方案。
[0004]现有技术“基于放大自发辐射噪声的光电集成量子随机数发生器芯片(202211207964.4)”是通过光电集成封装实现量子随机数发生器的集成化设计，该设计能够提高系统的稳定性，并降低制造成本，但同时也存在如下缺陷：
[0005]1、在探测光信号过程中，由于探测器输出的光电流低于uA数量级，因此光电探测器、跨阻放大器需要有足够的灵敏度和放大倍数，这样会使得成本增加；
[0006]2、目前，商用量子随机数发生器的使用周期是会受到光源性能限制的，随着使用时间的增长，ase光源的发光强度也会降低，这样会对探测器及后续用于电信号处理的器件提出了更高的要求。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种量子随机数产生系统及方法，解决了当前基于放大自发辐射生成量子随机数过程中器件要求高所带来的问题及光源随着时间增长发光强度降低所带来的问题。本专利技术通过增加放大自发辐射光源的方式，在不改变光子数分布的前提下，增大了光子数，也就是提高了光强度，进而提高了探测器输出的光电流，降低了对探测器及后续用于电信号处理器件的要求。
[0008]技术方案：一种量子随机数产生系统，所述系统包括依次连接的光源模块、耦合滤波模块、探测模块、信号放大模块、模数转换模块及后处理模块；
[0009]其中，所述光源模块用于产生多路光信号；
[0010]所述耦合滤波模块用于对光信号进行合束及滤波处理；
[0011]所述探测模块用于将光信号转换为电信号；
[0012]所述信号放大模块用于将电流信号甄别整形放大为电压信号；
[0013]所述模数转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；
[0014]所述后处理模块用于生成量子随机数。
[0015]进一步的，所述光源模块包括若干ase光源，所述耦合滤波模块包括光耦合器及与光耦合器连接的滤波器，每一个ase光源均与所述光耦合器连接，所述滤波器与所述探测模块连接。
[0016]进一步的，所述光源模块包括若干ase光源，所述耦合滤波模块为波分复用器，每一个ase光源均与所述波分复用器连接。
[0017]进一步的，每一个ase光源均用于产生宽谱光，产生的宽谱光均传输至所述光耦合器；
[0018]所述光耦合器用于将输入的多路宽谱光进行合束处理，而后传输至所述滤波器；
[0019]所述滤波器用于对接收的到宽谱光进行滤波处理，生成窄谱光，并将生成的窄谱光传输至所述探测模块；
[0020]所述探测模块用于将接收到的窄谱光转换为模拟电流信号，而后传输至所述信号放大模块；
[0021]所述信号放大模块用于将接收到的模拟电流信号甄别整形放大为模拟电压信号，而后传输至所述模数转换模块；
[0022]所述模数转换模块用于将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，而后传输至所述后处理模块；
[0023]所述后处理模块用于对接收到的数字电压信号进行运算处理，生成量子随机数。
[0024]进一步的，每一个ase光源均用于产生宽谱光，产生的宽谱光均传输至所述波分复用器；
[0025]所述波分复用器用于将输入的多路宽谱光进行合束及滤波处理，生成窄谱光，并将生成的窄谱光传输至所述探测模块；
[0026]所述探测模块用于将接收到的窄谱光转换为模拟电流信号，而后传输至所述信号放大模块；
[0027]所述信号放大模块用于将接收到的模拟电流信号甄别整形放大为模拟电压信号，而后传输至所述模数转换模块；
[0028]所述模数转换模块用于将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，而后传输至所述后处理模块；
[0029]所述后处理模块用于对接收到的数字电压信号进行运算处理，生成量子随机数。
[0030]进一步的，所述探测模块为光电探测器，所述信号放大模块为跨阻放大器，所述模数转换模块为模数转换器，所述后处理模块为FPGA芯片。
[0031]一种量子随机数产生方法，所述方法包括以下步骤：
[0032]步骤1、光源模块产生多路宽谱光，并将产生的宽谱光传输至耦合滤波模块；
[0033]步骤2、耦合滤波模块对接收到的多路宽谱光进行合束及滤波处理，生成窄谱光，并将生成的窄谱光传输至探测模块；
[0034]步骤3、探测模块将接收到的窄谱光转换为模拟电流信号，而后传输至信号放大模块；
[0035]步骤4、信号放大模块将接受到的模拟电流信号甄别整形放大为模拟电压信号，而后传输至模数转换模块；
[0036]步骤5、模数转换模块将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，而后传输至后处理模块；
[0037]步骤6、后处理模块对接收到的数字电压信号进行运算处理，生成量子随机数。
[0038]进一步的，所述步骤1
‑
6进一步包括：
[0039]所述光源模块中的每一个ase光源均会产生一路宽谱光，多路宽谱光会传输至光耦合器；
[0040]多路宽谱光经由所述光耦合器合束处理，生成一路宽谱光，经由所述光耦合器生成的宽谱光传输至滤波器；
[0041]所述光耦合器合束处理生成的宽谱光经由所述滤波器滤波处理，生成窄谱光，经由所述滤波器生成的窄谱光传输至光电探测器；
[0042]所述窄谱光经由所述光电测器转换为模拟电流信号，经由所述光电探测器生成的模拟电流信号传输至跨阻放大器；
[0043]所述模拟电流信号经由所述跨阻放大器甄别整形放大为模拟电压信号，经由所述跨阻放大器生成的模拟电压信号传输至模数转换器；
[0044]所述模拟电压信号经由所述模数转换器转换为数字电压信号，经由所述模数转换器生成的数字电压信号传输至FPGA芯片；
[0045]所述数字电压信号经由所述FPGA芯片运算处理，生成量子随机数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子随机数产生系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的光源模块、耦合滤波模块、探测模块、信号放大模块、模数转换模块及后处理模块；其中，所述光源模块用于产生多路光信号；所述耦合滤波模块用于对光信号进行合束及滤波处理；所述探测模块用于将光信号转换为电信号；所述信号放大模块用于将电流信号甄别整形放大为电压信号；所述模数转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；所述后处理模块用于生成量子随机数。2.根据权利要求1所述的一种量子随机数产生系统，其特征在于，所述光源模块包括若干ase光源，所述耦合滤波模块包括光耦合器及与光耦合器连接的滤波器，每一个ase光源均与所述光耦合器连接，所述滤波器与所述探测模块连接。3.根据权利要求1所述的一种量子随机数产生系统，其特征在于，所述光源模块包括若干ase光源，所述耦合滤波模块为波分复用器，每一个ase光源均与所述波分复用器连接。4.根据权利要求2所述的一种量子随机数产生系统，其特征在于，每一个ase光源均用于产生宽谱光，产生的宽谱光均传输至所述光耦合器；所述光耦合器用于将输入的多路宽谱光进行合束处理，而后传输至所述滤波器；所述滤波器用于对接收的到宽谱光进行滤波处理，生成窄谱光，并将生成的窄谱光传输至所述探测模块；所述探测模块用于将接收到的窄谱光转换为模拟电流信号，而后传输至所述信号放大模块；所述信号放大模块用于将接收到的模拟电流信号甄别整形放大为模拟电压信号，而后传输至所述模数转换模块；所述模数转换模块用于将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，而后传输至所述后处理模块；所述后处理模块用于对接收到的数字电压信号进行运算处理，生成量子随机数。5.根据权利要求3所述的一种量子随机数产生系统，其特征在于，每一个ase光源均用于产生宽谱光，产生的宽谱光均传输至所述波分复用器；所述波分复用器用于将输入的多路宽谱光进行合束及滤波处理，生成窄谱光，并将生成的窄谱光传输至所述探测模块；所述探测模块用于将接收到的窄谱光转换为模拟电流信号，而后传输至所述信号放大模块；所述信号放大模块用于将接收到的模拟电流信号转换甄别整形放大为模拟电压信号，而后传输至所述模数转换模块；所述模数转换模块用于将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号，而后传输至所述后处理模块；所述后处理模块用于对接收到的数字电压信号进行运算处理，生成量子随机数。6.根据权利要求1所述的一种量子随机数产生系统，其特征在于，所述探测模块为光电探测器，所述信号放大模块为跨阻放大器，所述模数转换模块为...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴大海，王艳雷，李绅，
申请(专利权)人：矩阵时光数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：