[发明专利]一种提高量子随机数发生器量子熵含量的方法

说明书

本发明属于量子通信领域，提供了一种提高量子随机数发生器量子熵含量的方法，包括以下步骤：S1、通过调节第一半波片增加本底光的强度，使量子和经典噪声比QCNR提高到16以上；S2、设置模数转换器的采样速率，使其不超过低通滤波器带宽的两倍；S3、通过调节可调电放大器的放大倍数，使输出到模数转换器的电压幅值大于模数转换器的采样电压范围，然后，对采样结果的时序进行高斯统计得到统计分布图，并观察记录统计分布图中边帧和中间幅值的高度；然后不断调节电放大器的放大倍数，直至边帧高度小于中间峰值的高度；S4、调节完成后，利用现场可编辑门阵列经行量子随机数提取。本发明可以提高随机数发生器的量子熵含量。

技术领域

本发明属于量子通信领域，具体涉及一种提高量子随机数发生器量子熵含量的方法。

背景技术

现代信息科学中随机性有着很重要的作用，加密是建立在信任随机数的基础上，其中在通讯系统等密码学中也有着广泛的应用。众多的应用对密码学中是否真随机提出了严格的要求，所以对于产生随机数的建议也是多种多样，各个建议都尽可能够提供随机性的可验证性和真随机性。在过去的二十年中，各式各样的量子随机数发生器有着巨大的发展，在世界上许多国家已经取得了丰硕的研究成果。随机性的信息论可证明性是量子随机数最大的特点，基于量子真空状态零差测量的随机数生成技术在实际应用中尤其具有吸引力，例如噪声源可以是光场在室温下的初始状态，以及高效率的光电二极管都可以应用。基于真空态随机数的产生具有更高的保密性，真空态不受到外界物理量的影响并且它不能被攻击者控制或关联，所以可以测量随机数的正交振幅。激光源、分束器和光电探测器，都可以在单片机上进集成，同时，现场可编程门阵列(FPGA)内部的虚拟“硬件”易于实现位转换和后处理。在过去的研究中，对于提高生成随机比特率中有着很多建议，其中基于优化计划的数字算法，实现快速后处理，提高原始数据中的量子熵。在考虑到经典噪声的影响时，在最优动态模数转换范围下探讨基于真空的量子随机数发生器中零差增益对增强量子熵的作用，利用条件最小熵对量子随机数发生器中的量子熵进行了评价。它是随机性提取器的关键输入参数，决定了从原始随机序列中提取真实随机性的比例，从而显著影响量子随机数生成器的生成速度。现在获得量子随机数的方法有很多种，其中：（1）一种高速后处理自由的量子随机数发生器[参考文献Appl. Phys. Lett. 93, 031109(2008)]，但实验装置比较简单，随机数发生器的安全性低，没有考虑到被测信号面向偏压攻击分布的问题，不具备防范攻击者的能力。（2）由真空散粒噪声实现量子随机数的生成[参见文献PHYSICALREVIEW E 85, 016211 (2012)]提高了随机数发生器的零差增益，没有考虑到电子增益带来的放大噪声，造成可提取熵含量偏低。所以本发明具体解决了在最优动态范围下提高零差系统的局部增益，保证了随机数发生器的安全性和可提取熵含量的提升。综上所述，现有的量子随机数存在着被窃听者攻击的可能，而且量子熵的提取率较低。因此，通过增强本底光功率，得到更高的量子与电子噪声比，在量子保密通讯中有着很好的前景。随着通信技术的发展，对量子随机数的保密性提出了更高的要求。因此，如何提高量子可提取熵，仍还是需要探究的问题。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种提高真空量子态平衡零拍探测系统的本底光增益的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高量子随机数发生器量子熵含量的方法，所述量子随机数发生器包括激光发射器、第一半波片、第一偏振立方分束器、可调反射镜、反射镜、平衡零拍探测系统、混频器、低通滤波器、模数转换器、可调的电放大器和现场可编辑门阵列，所述激光发射器发出的激光经所述第一半波片、第一偏振立方分束器后分为本底光和信号光，信号光经反射镜后入射到平衡零拍探测系统，本底光经可调反射镜后入射到平衡零拍探测系统，所述平衡零拍探测系统探测得到的探测信号经所述混频器、低通滤波器、可调的电放大器、模数转换器后输送到现场可编辑门阵列；所述方法包括以下步骤：

S1、通过调节第一半波片增加本底光的强度，使量子和经典噪声比QCNR提高到16以上；

S2、设置模数转换器的采样速率，使其不超过低通滤波器带宽的两倍；