[发明专利]基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器

权利要求书

1.一种基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，包括激光二极管，所述激光二极管的输出端与光衰减器相连，所述光衰减器的输出端与单光子探测器相连，所述单光子探测器的输出端与时间测量系统的一个输入端相连，周期性外部时间参考与时间测量系统的另外一个输入端相连，所述时间测量系统的输出端与数据后处理系统相连，所述数据后处理系统输出最终的量子随机数。

2.根据权利要求1所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，所述时间测量系统接收所述单光子探测器的探测信号与周期性外部时间参考的时间差，并由此生成均匀分布的原始随机数数据。

3.根据权利要求2所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，采用最小熵量化所述原始随机数数据，所述最小熵由以下参数决定：光源亮度、外部参考周期、单光子探测器的计数率以及时间测量系统的时间分辨。

4.根据权利要求3所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，所述数据后处理系统采用基于快速傅里叶变换的Toeplitz矩阵运算对所述原始随机数数据进行后处理并生成最终的量子随机数，所述Toeplitz矩阵维度的选取由最小熵以及时间槽数量决定。

5.根据权利要求4所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，所述数据后处理系统输出的最终量子随机数的最大生成速率由单光子探测器的饱和计数速率以及所述最小熵决定。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，所述单光子探测器采用普通的商用硅单光子探测器，所述时间测量系统采用普通的商用时间测量电子学系统，最终生成的量子随机数的比特率超过100Mbps。

7.根据权利要求1至5任一项所述的基于光子到达时间的无偏高速量子随机数发生器，其特征在于，所述单光子探测器采用超高计数率的硅光电倍增器，所述时间测量系统采用高分辨率时间测量系统，最终生成的量子随机数的比特率达到4Gbps。