[发明专利]一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法及装置

权利要求书

1.一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法，包括以下步骤：

对混合态随机源进行外差探测，分别测量其两个正交分量，所述两个正交分量为正则坐标分量X与正则动量分量P；

将所述两个正交分量的值离散化，得到X(P)分量下的初始随机序列以及P(X)分量下的校验序列；

利用所述校验序列计算得到该混合态随机源的最大熵；

利用所述最大熵，通过熵不确定性原理计算所述初始随机序列的条件最小熵；

利用所述条件最小熵对所述初始随机序列进行后处理，得到最终的随机序列。

2.如权利要求1所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法，其特征在于，通过模数转换器将所述两个正交分量的值离散化。

3.如权利要求1所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法，其特征在于，计算所述最大熵的表达式为：

其中，H_max(·)为检验序列的最大熵；δq为模数转换器对于正则动量的转换精度；P_δq为在区间δq中P分量的测量结果；p(q_k)为每一个转换精度对应区间取值的概率；k为转换器离散化分成的不同位数，取值范围为从0到最大离散位数；q_k为第k个离散化区间中的测量结果。

4.如权利要求1所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法，其特征在于，所述通过熵不确定性原理计算所述初始随机序列的条件最小熵的表达式为：

H_min(X|E)＝-log₂c(δx,δp)-H_max(P_δq)；

其中，X表示X分量测量结果；E表示可被窃听到的数据；H_min(X|E)表示初始随机序列的条件最小熵；δx表示X分量模数转换器的转换精度；δp为P分量模数转换器的转换精度；c(δx,δp)为与经典最小熵相关的函数。

5.如权利要求1所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生方法，其特征在于，通过Teoplitz矩阵、Hash函数对所述初始随机序列进行后处理。

6.一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生装置，其包括：

混合态光源，用于发出混合态光场，作为混合态随机源；

光衰减器，用于接收所述混合态光场并进行光信号衰减；

本振光源，用于产生本振光，与所述混合态光场干涉以进行外差探测；

外差探测器，用于对所述本振光与混合态光场的干涉光进行外差探测，得到输出的两路电压信号；

第一模数转换器，用于对一路电压信号进行离散化，输出离散化后的一初始随机数序列；

第二模数转换器，用于另一路电压信号进行离散化，输出离散化后的一校验序列；

第一处理器，用于根据所述校验序列计算混合态随机源的最大熵；

第二处理器，用于根据所述最大熵，通过熵不确定原理计算所述初始随机序列的条件最小熵，并根据所述条件最小熵对所述初始随机数序列进行后处理，得到二进制随机数序列；

随机数检验模块，用于对二进制随机数序列进行随机性检验，生成最终的随机数序列。

7.如权利要求6所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生装置，其特征在于，所述混合态光源与光衰减器之间、光衰减器与外差探测器之间、本振光源与外差探测器之间均为光信号传输，通过光纤或空间光路进行连接。

8.如权利要求6所述的一种基于混合态光场的源无关量子随机数产生装置，其特征在于，所述随机数检验模块利用国际标准的随机数检验标准对随机数序列进行随机性检验，该随机检验标准包括NIST-STS、DIEHARD。