[发明专利]基于光子数量探测的随机数生成系统及方法

说明书

本申请提供了一种基于光子数量探测的随机数生成系统和方法，能够实现对激光脉冲中光子数量的检测，再进一步根据检测到的光子数量生成随机数序列，随机数序列无需处理可直接通过随机数测试，不易受到多种干扰的影响，随机特性能够得到较好的保证。

技术领域

本申请涉及光电处理领域，尤其涉及一种基于光子数量探测的随机数生成系统及方法。

背景技术

随机数是专门的随机试验的结果，由于其随机性、不确定性而广泛的应用于信息安全、密码加密、电子商务、通信、博彩和游戏设计中。

能够生成随机数的设备叫做随机数发生器。随机数发生器包括伪随机数发生器和真随机数发生器。伪随机数发生器是计算机通过一系列算法生成的，但是伪随机数只是尽可能的接近其应有的随机性，所以一定程度上，伪随机数可以通过更强大的计算能力而变得可预测，而真正意义上的随机数对于计算机来说是不可能直接模拟出来的。真随机数发生器一般是基于物理过程例如光电效应、热力学噪声和量子现象，通过将物理过程中某些结果或者物理量转换为电信号，经过处理后输出数字，通常为二进制0和1，从而产生一系列的真随机数。

相干光中的光子符合泊松分布，通过光子探测器对其进行探测这一量子物理过程，可将探测结果转换成真随机数。光子探测器因为能够在单光子级别的能量上进行探测，所以保密性具有先天优势，而单光子探测速度越快，实际应用时传输信息就越快。

目前已存在基于单个光子的真随机数发生器，但是由于各种应用的要求，使用环境和使用的器件的物理参数的不同，导致基于单个光子的真随机数容易受到各种各样的干扰，从而可能影响随机数的产生，进而影响其随机特性，同时，单光子探测器的运行速度也一定程度上限制了随机数的生成速率。另外，由于单光子探测器只能分辨出有无光子，由随机数生成原理可知，前后两个脉冲中光子数相同则要抛弃掉，因而单光子探测器要抛弃很多数据导致随机数生成速度受到限制。

由于光子的高速运动，对光子数量的探测也是光子探测领域的难点问题，不仅会因为暗计数、后脉冲等问题造成较大错误的探测计数，还会因为探测器本身存在的死时间和时间抖动，其它众多因素都会造成光子数量检测的较大误差，从而导致难以准确实现光子的数量检测。

申请内容

本申请的一个目的是提供一种基于光子数量探测的随机数生成系统及方法，用以解决现有随机数生成方法的随机特效容易受到影响的问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种基于光子数量探测的随机数生成系统，其中，该系统包括：

光源装置，用于产生激光脉冲并调节激光脉冲的频率和功率；

分束装置，用于对激光脉冲进行分束，产生多路激光脉冲；

探测装置，包括雪崩光电二极管和雪崩信号处理电路，用于根据探测到的激光脉冲中的光子产生雪崩信号，并对雪崩信号进行滤波、提取和整形处理，所述雪崩光电二极管的电压由门脉冲和直流偏置电压共同提供；

信号合成装置，用于对多路处理后的雪崩信号进行合并；

随机数生成装置，用于根据合并后的雪崩信号识别出光子数量并根据所述光子数量生成随机数。

进一步地，所述光源装置包括激光器和可调衰减器，所述激光器用于产生激光脉冲，所述可调衰减器用于调节激光脉冲的频率和功率。

进一步地，所述信号合成装置为功率分配器。

进一步地，所述功率分配器的分配比为1：1。

进一步地，所述分束装置包括光纤和光纤分束器，所述光纤用于传输激光脉冲，所述光纤分束器用于对激光脉冲进行分束。

进一步地，所述光纤分束器的分束比为1：1。