[发明专利]一种基于室温单光子源的真随机数产生方法及装置

权利要求书

1.一种基于室温单光子源的真随机数产生装置，其特征在于，包括单光子源(1)、投影测量装置(2)、时间数字转换器(3)和随机数生成装置(4)；

所述单光子源(1)用于产生具有反聚束性质的单光子；

所述投影测量装置(2)用于测量所述单光子的内禀随机性，获得在路径或者时间上随机分布的电脉冲信号；

所述时间数字转换器(3)用于根据所述电脉冲信号的到达时间和通道编号，产生时间序列信号；

所述随机数生成装置(4)用于根据所述时间序列信号中的时刻或者通道编号信息，产生真随机数；

所述单光子源(1)包括激光共聚焦显微系统和样品(13)，所述激光共聚焦显微系统包括激光器(5)、耦合透镜(6)、光纤(7)、光纤接头转接件(8)、聚焦透镜(9)、二向色镜(10)、滤光片(11)、物镜(12)和位移台；

所述激光器(5)产生的激光依次通过耦合透镜(6)、光纤(7)、光纤接头转接件(8)和聚焦透镜(9)进行准直扩束后，经过二向色镜(10)反射，并经过物镜(12)聚焦在样品(13)上，样品(13)的色心被激发，发出单光子，单光子被物镜(12)收集一部分，经二向色镜(10)透射后，通过滤光片(11)输出；位移台用于负载样品(11)精确运动；

所述样品(13)的色心为氮化镓晶体中的空位缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种基于室温单光子源的真随机数产生装置，其特征在于，所述投影测量装置(2)包括分束器(16)、第一单光子探测器(17)和第二单光子探测器(18)；所述投影测量装置(2)利用分束器(16)以及放置在分束器(16)的输出端口后的第一单光子探测器(17)和第二单光子探测器(18)，对处于路径叠加态的单光子在路径自由度进行投影测量，产生在两条路径上随机分布的电脉冲信号；

或者，所述投影测量装置(2)包括起偏器(19)、偏振分束器(20)、第三单光子探测器(21)和第四单光子探测器(22)；所述投影测量装置(2)利用起偏器(19)和偏振分束器(20)使单光子形成垂直偏振和平行偏振的偏振叠加态，利用放置在偏振分束器(20)的输出端口后的第三单光子探测器(21)和第四单光子探测器(22)对单光子在偏振自由度进行投影测量，产生在两条路径上随机分布的电脉冲信号；

或者，所述投影测量装置(2)包括阵列单光子探测器(23)；所述投影测量装置(2)利用阵列单光子探测器(23)对单光子进行探测，阵列单光子探测器(23)的一部分阵元的输出并联在一起，形成一个输出端；其余阵元的输出并联在一起，形成另一个输出端，产生在两条路径上随机分布的电脉冲信号；

或者，所述投影测量装置(2)包括第五单光子探测器(24)；所述投影测量装置(2)利用第五单光子探测器(24)对处于产生时间混态的单光子在时间自由度进行投影测量，产生在时间上随机分布的电脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于室温单光子源的真随机数产生装置，其特征在于，所述位移台包括电动纳米位移台(14)和粗调位移台(15)，所述电动纳米位移台(14)位于粗调位移台(15)上。

4.一种基于室温单光子源的真随机数产生方法，基于权利要求1-3任一项所述的一种基于室温单光子源的真随机数产生装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

利用单光子源(1)产生具有反聚束性质的单光子；通过投影测量装置(2)测量所述单光子的内禀随机性，获得在路径或者时间上随机分布的电脉冲信号；利用时间数字转换器(3)根据所述电脉冲信号到达时间和通道编号，产生时间序列信号；利用随机数生成装置(4)根据所述时间序列信号中的时刻或者通道编号信息，产生真随机数。

5.根据权利要求4所述的一种基于室温单光子源的真随机数产生方法，其特征在于，利用单光子源(1)产生具有反聚束性质的单光子的步骤，包括：利用激光共聚焦显微系统激发、定位样品(13)中的色心，并收集样品(13)中色心发射的具有反聚束特性的单光子。