[实用新型]基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器

说明书

本实用新型公开了一种基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器，包括：依次连接的光源、随机数芯片与电子学读出电路；其中：所述随机数芯片包括：光分束器、第一与第二光衰减器、第一与第二光电探测器以及跨阻放大器；所述光分束器的两个输出端分别独立连接第一与第二光衰减器；第一光衰减器输出端连接第一光电探测器，第二光衰减器输出端连接第二光电探测器；第一与第二光电探测器的输出端连接跨阻放大器。上述方案可以大幅度缩小量子随机数系统的体积、提高系统稳定性和输出速率，同时可以降低成本。

技术领域

本实用新型涉及量子随机数产生技术领域，尤其涉及一种基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器。

背景技术

随机数是一种广泛使用的基础资源，在量子通信、密码学、博彩业、蒙特卡洛模拟、数值计算、随机抽样、神经网络计算、传统信息安全等众多领域都有着广泛而重要的应用。量子随机数发生器的随机性保障源于量子物理原理，相比于传统的伪随机数发生器和噪声源随机数发生器，其随机性来源更加清晰，并可采用最小熵理论严格证明其随机性，因而具有更高的安全性，特别适合对于随机性要求较高的应用场景。

量子随机数发生器，通过对其进行建模，可以估算出原始数据的最小熵，并据此进行随机性提取并得到最终的量子随机数。量子随机数发生器可以有多种方案来实现，例如光子路径选择方案、光子到达时间方案、激光相位波动方案和测量器件无关的量子随机数方案等。然而从实用化的角度来说，量子随机数发生器需要具有体积小、随机数产生速率高、稳定性强的特点。上述方案中，单光子路径选择的方案，其比特率为1Mbps量级；光子到达时间方案，其比特率为100Mbps量级；激光相位波动的方案，比特率可达 50Gbps以上，但是由于此方案中干涉仪的稳定性尤为重要，导致此方案在实用化中体积较大，对振动和温度很敏感，容易在使用中出现问题。在实际应用中，尤其是在下一代高速量子通信系统中，需要随机数速率达到10Gbps以上，并且需要更小的体积和更高的稳定性。

为了解决上述问题，基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器被提了出来，其输出的随机数的速率可达10Gbps以上，可以满足实用化中对高速随机数的需求。硅基光子技术，就是研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模集成技术，其核心内容就是研究如何将光子器件小型化、硅片化并与纳米电子器件相集成，但是，目前还没有较为有效的方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器，可以大幅度缩小量子随机数系统的体积、提高系统稳定性和输出速率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器，包括：依次连接的光源、随机数芯片与电子学读出电路；其中：

所述随机数芯片包括：光分束器、第一与第二光衰减器、第一与第二光电探测器以及跨阻放大器；所述光分束器的两个输出端分别独立连接第一与第二光衰减器；第一光衰减器输出端连接第一光电探测器，第二光衰减器输出端连接第二光电探测器；第一与第二光电探测器的输出端连接跨阻放大器。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，使用硅基波导技术将光学器件和电子学器件同时集成在一块芯片上，可以大幅度缩小量子随机数系统的体积、提高系统稳定性和输出速率，同时可以降低成本；此外，本方案能够在保证量子随机数的安全性的同时极大地提升应用范围和应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于光电混合集成的高速实时量子随机数发生器的结构示意图。

具体实施方式