[实用新型]一种量子随机数发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子随机数生成技术领域，尤其涉及一种量子随机数发生器。

背景技术

随机数在经济、科学、国防、工业生产等各个领域扮演着重要的角色，现代社会中有很多用到随机数的场合。具体而言，在统计分析、工业和科学领域的仿真、密码学、生活中的博彩业等各方面都有非常重要的应用。但是，现有技术中所使用的经典方法一般只能产生伪随机数，即往往是基于某些算法产生的伪随机数，这些伪随机数是可以被预测的。而且，从其原理上来看，伪随机数实际上只是“看起来像”随机数，也就是说，以现在的科学技术水平，在有限的时间内，只有非常小的可能性区分出伪随机数与真随机数之间的不同。但是，由于从本质上来看，伪随机数与真随机数的熵是不同的，因而在很多领域并不能直接使用伪随机数，从而无法在安全通讯(例如，量子通信)等领域里保证绝对的安全性。

根据物理过程的随机性，例如使用电子元件的噪音、核裂变宇宙噪声、电路的热噪声、放射性衰变等等可以来产生随机数。虽然这样产生的随机数不会随着计算能力的发展而产生风险，但其随机性并没有从本质上得到保证。

根据量子力学的基本原理，量子随机数产生器可以产生真随机数。在过去的十几年间，有很多的量子随机数发生器方案被提出，比如利用单光子探测、量子非局域性和真空态的统计涨落都已经实验成功。同时，商业量子随机数发生器，比如ID-Quantique system，已经进入市场。但是，值得指出的是，这些量子随机数产生器都不可避免地依赖于对模型的假设，以及对设备装置完美的要求。

在现有技术中，主要是采用对已知源直接进行量子测量的方法，来产生由量子力学原理保障的真随机数。例如，根据ID-Quantique随机数发生器的白皮书所述，发光二极管向分束器(Beam Splitter)发射单光子，并由两个单光子探测器来分别检测被透射或被反射的光子。由于一个单光子会透射还是反射本质上是一个量子效应，因而得到真随机数。

但是，现有技术中的量子随机数发生器大多采用单光子探测的方法，不仅需要相信光源的随机性，而且最终的随机数产生速率也受到单光子探测器死时间(dead time)的制约。因此，在实际应用中，很难在实际中保证源包含足够的量子随机性，由此产生的随机数也没有得到保障。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种量子随机数发生器，从而可以保证源包含足够的量子随机性，由此而产生的随机数的真随机性也可以得到切实的保障。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种量子随机数发生器，其特征在于，该量子随机数发生器包括：单光子源、第一分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；

所述单光子源，用于随机输出频率调制的单光子脉冲或时间调制的单光子脉冲；

所述单光子源的输出端与所述第一分束器的输入端连接；

所述第一分束器的第一输出端通过等离子体介质与所述第一单光子探测器连接；所述第一分束器的第二输出端与所述第二单光子探测器连接；

所述第一单光子探测器的输出端为随机数输出端；或者，所述第二单光子探测器的输出端为随机数输出端。

较佳的，第一单光子探测器和第二单光子探测器均为具有分辨光子到达时间功能的单光子探测器。

较佳的，所述第二单光子探测器，还用于测量单光子脉冲的到达时间；

所述第一单光子探测器，还用于通过测量单光子的到达时间来计算出单光子脉冲的中心频率。

较佳的，当所述第一单光子探测器的输出端为随机数输出端时，所述第二单光子探测器的输出端为随机性检验端；

当所述第二单光子探测器的输出端为随机数输出端时，所述第一单光子探测器的输出端为随机性检验端。

较佳的，所述单光子源包括：中心频率调制器、发射时间调制器、第二分束器和触发器；

所述中心频率调制器，用于输出频率调制的单光子脉冲；

所述发射时间调制器，用于输出时间调制的单光子脉冲；

所述触发器分别与所述中心频率调制器和发射时间调制器连接，用于随机触发所述中心频率调制器或发射时间调制器向所述第二分束器输出单光子脉冲；

所述第二分束器的第一输入端与所述中心频率调制器的输出端连接；所述第二分束器的第二输入端与所述发射时间调制器S2的输出端连接；所述第二分束器的输出端与所述第一分束器的输入端连接。

较佳的，所述中心频率调制器和发射时间调制器均为脉冲激光器。