【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广泛地涉及一种用于提供半设备无关的随机输出信号的方法，具体涉及一种基于零差检测的半设备无关量子随机数发生器。
技术介绍
1、整个说明书中对现有技术的任何提及和/或讨论不应以任何方式被视为承认该现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。
2、与伪随机数发生器或基于经典过程的随机数发生器不同，量子随机数发生器(qrng)由于量子理论的随机性特征，在加密方面具有优势。更准确地说，可以证明qrng生成的数字不仅对设备的用户来说是随机的，而且对任何潜在的对手来说都是随机的。
3、然而，大多数现有的实用qrng需要对设备(量子态源和用于测量这些态的设备)进行准确的表征和建模。此类qrng称为设备依赖qrng。由于设备的认证取决于用于认证随机性的数学模型是否可以完美地描述实施情况，因此这会产生一个问题，因为最轻微的错误表征或波动都会导致随机性证书失效。
4、提出了一种基于零差检测的半设备无关的qrng协议，其中发送方使用二进制相移键控编码，然后使用零差检测进行测量。在随机性认证中，仅需要表征态的强度，即量子态的源。该协议仅需要一次正交测量(与态一致的测量)。因此，该协议的实施简单，但该协议的安全性只能针对经典对手进行认证。换句话说，该方案可以证明随机输出不是预先记录的，但它不能证明针对对手的随机性，对手可能会收集由于系统效率低下(例如信道丢失、检测效率低下等)而不可避免泄露的量子信息。此外，由于测量是在准备状态的相同正交中执行的，因此测量结果本质上是有偏差的(以输入随机性为条件)。因此，应
5、在其他提出的设计中，不需要对量子源进行详细表征或测量。随机性认证的唯一要求是源产生的量子态的能量受某些值的限制。然而，随机性只能针对经典对手进行认证。
6、在另一种半设备无关qrng设计中，可以使用可信量子态执行测量层析。该方案基于单光子检测。商用单光子探测器通常具有较低的探测效率，并且需要一些冷却机制来降低背景噪声。这给将单光子检测集成到光子集成电路(pic)中带来挑战。此外，他们的设计需要相位随机激光器，由于高速增益开关激光系统中相邻脉冲之间的相位相关性，这也会限制系统的工作频率。随机性仅针对经典对手进行认证。
7、在另一种基于无歧义态识别(usd)基本极限的半设备无关qrng设计中，当测量达到usd极限饱和时，基本测量必须是量子测量，因此结果本质上是随机的。该方案也是基于单光子检测，因此在pic中实现设计时面临同样的挑战。随机性仅针对经典对手进行认证。
8、本专利技术的实施例旨在解决至少一个上述问题。
技术实现思路
1、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于提供半设备无关的随机输出信号的方法，该方法包括以下步骤：
2、在量子信号源alice和量子信号检测器bob之间的信号臂和本地振荡器臂中提供相同光学模式的相应相干激光信号；
3、alice和bob在n轮中的每轮随机选择采用测试模式或随机性生成模式进行操作；
4、其中，如果选择测试模式：
5、alice准备从测试状态集合中均匀选择的信号臂中激光信号的相干测试状态，传输给bob；以及
6、bob使用本地振荡器臂中的相位调制器和零差检测器来测量测试状态，零差检测器包括用于信号臂和本地振荡器臂的平衡分束器，并根据测量结果选择位值bi；
7、其中，若选择随机性生成模式：
8、alice准备信号臂中激光信号的相干默认状态，以便传输给bob；以及bob使用本地振荡器臂中的相位调制器和零差检测器以与相干默认状态的x或p正交对准相反的可观测值来测量该相干默认状态，并根据测量结果选择相应的位值bi；
9、并且其中该方法进一步包括
10、从选择了随机性生成模式的轮次的位值bi生成原始随机字符串，以及
11、使用选择测试模式的轮次来估计原始随机字符串的熵。
12、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于提供半设备无关的随机输出信号的系统，该系统包括：
13、激光源，用于在量子信号源alice和量子信号检测器bob之间的信号臂和本地振荡器臂中提供相同光学模式的相应相干激光信号；
14、可信随机种子，供alice和bob在n轮中的每轮随机选择采用测试模式或随机性生成模式的进行操作；
15、其中，如果选择测试模式：
16、alice被配置为准备从测试状态集合中均匀选择的信号臂中的激光信号的相干测试状态，用于传输给bob；以及
17、bob被配置为使用本地振荡器臂中的相位调制器和零差检测器来测量测试状态，并根据测量结果选择位值bi，零差检测器包括用于信号臂和本地振荡器臂的平衡分束器；
18、其中，若选择随机性生成模式：
19、alice被配置为准备信号臂中激光信号的相干默认状态，以传输给bob；以及
20、bob被配置为使用本地振荡器臂中的相位调制器和零差检测器以与相干默认状态的x或p正交对准相反的可观测值测量该相干默认状态，并根据测量结果选择相应的位值bi；
21、且进一步其中
22、系统配置为从选择了随机性生成模式的轮次的位值bi生成原始随机字符串，并使用选择了测试模式的轮次估算原始随机字符串的熵。
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1.一种用于提供半设备无关的随机输出信号的方法，该方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，包含Alice使用相位调制器准备所述相干默认状态。
3.根据权利要求2所述的方法，包含Alice基于选自预定概率分布中的随机符号a，从测试状态集合中来准备所述相干测试状态。
4.根据权利要求1所述的方法，包含Alice使用IQ调制器准备所述相干默认状态。
5.根据权利要求4所述的方法，包含Alice基于元组a从如下所示的测试状态集合中准备所述相干测试状态，所述元组a的元素是xa,pa,a1,a2并且每个元素选自预定概率分布：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包含Bob将随机性提取器应用到所述原始随机字符串。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中如果选择所述随机性生成模式，则Bob测量具有X正交对准的所述相干默认状态的所述P正交。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中如果选择所述随机性生成模式，则Bob测量具有P正交对准的所述相干默认状态的所述X正交。
9.根
10.一种用于提供半装置独立的随机输出信号的系统，所述系统包含：
11.根据权利要求10所述的系统，其中Alice被配置为使用相位调制器来准备所述相干默认状态。
12.根据权利要求11所述的系统，其中Alice被配置为基于选自预定概率分布中的随机符号a，从测试状态集合中来准备所述相干测试状态。
13.根据权利要求10所述的系统，其中Alice被配置为使用IQ调制器来准备所述相干默认状态。
14.根据权利要求13所述的系统，其中Alice被配置为基于元组a从如下所示的测试状态集合中准备所述相干测试状态，所述元组a的元素是xa,pa,a1,a2并且每个元素选自预定概率分布：
15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统，其中Bob被配置为将随机性提取器应用于所述原始随机字符串。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的系统，其中如果选择所述随机性生成模式，则Bob被配置为测量具有X正交对准的所述相干默认状态的所述P正交。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的系统，其中如果选择所述随机性生成模式，则Bob被配置为测量具有P正交对准的所述相干默认状态的所述X正交。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的系统，其中如果选择所述测试模式，则Bob配置为在所述测试状态的P正交测量或X正交测量之间均匀选择。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于提供半设备无关的随机输出信号的方法，该方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，包含alice使用相位调制器准备所述相干默认状态。
3.根据权利要求2所述的方法，包含alice基于选自预定概率分布中的随机符号a，从测试状态集合中来准备所述相干测试状态。
4.根据权利要求1所述的方法，包含alice使用iq调制器准备所述相干默认状态。
5.根据权利要求4所述的方法，包含alice基于元组a从如下所示的测试状态集合中准备所述相干测试状态，所述元组a的元素是xa,pa,a1,a2并且每个元素选自预定概率分布：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包含bob将随机性提取器应用到所述原始随机字符串。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中如果选择所述随机性生成模式，则bob测量具有x正交对准的所述相干默认状态的所述p正交。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中如果选择所述随机性生成模式，则bob测量具有p正交对准的所述相干默认状态的所述x正交。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中如果选择所述测试模式，bob在所述测试状态的p正交测量或x正交测量之间进行均匀选择。
10.一种用于提供半装置独立的随机输出信号的...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊格内修斯·威廉·普里马特玛雅，林赐文，吴坤栋，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：
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