[发明专利]量子随机数芯片的封装结构及其量子随机数生成方法

权利要求书

1.一种量子随机数芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：

芯片封装基板，具有相对设置的第一表面和第二表面；

固定在所述第一表面的壳体；

量子熵源芯片，设置在所述第一表面且位于所述壳体内，所述量子熵源芯片包括：自发辐射光源模块、第一光电探测器模块以及第二光电探测器模块；所述第一光电探测器模块与所述第二光电探测器模块对称的设置在所述自发辐射光源模块的两侧；所述自发辐射光源模块产生自发辐射光束，所述自发辐射光束在预设发散角的光强满足随机泊松分布；所述第一光电探测器模块和所述第二光电探测器模块能够分别探测被所述壳体反射的自发辐射光束，形成两路满足随机泊松分布的模拟信号；所述模拟信号用于产生量子随机数。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述自发辐射光源模块为LED电光二极管芯片，或VCSEL激光器芯片，或SLED超辐射电光二极管芯片；

所述第一光电探测器模块和所述第二光电探测器模块为光电二极管芯片，光电三极管芯片以及CMOS图像传感器芯片中的任一种；

所述芯片封装基板为多层PCB版，或者多层陶瓷基板；

所述壳体为金属管壳，所述金属管壳的内表面为磨砂表面。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一表面还设置有与所述量子熵源芯片连接的控制芯片，所述控制芯片用于两路所述模拟信号，生成所述量子随机数。

4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述控制芯片包括：

模拟前端模块，所述模拟前端模块与所述第一光电探测器模块和所述第二光电探测器模块分别连接，用于对所述模拟信号进行前端模拟处理；

比较器模块，所述比较器模块与所述模拟前端模块连接，用于将经过前端模拟处理后的两路模拟信号转换为数字随机信号；

后处理模块，所述后处理模块与所述比较器模块连接，用于对所述数字随机信号进行后处理，以优化所述数字随机信号的产生结果，输出所述量子随机数。

5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述模拟前端模块包括：

第一模拟前端子模块，包括：与所述第一光电探测器模块连接的第一跨阻放大器，用于对所述第一光电探测器模块产生的模拟信号进行跨阻放大；与所述第一跨阻放大器连接的第一滤波器，用于对所述第一跨阻放大器输出的信号进行滤波；

第二模拟前端子模块，包括：与所述第二光电探测器模块连接的第二跨阻放大器，用于对所述第二光电探测器模块产生的模拟信号进行跨阻放大；与所述第二跨阻放大器连接的第二滤波器，用于对所述第二跨阻放大器输出的信号进行滤波。

6.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述控制芯片还包括：

与所述比较器模块连接的健康监测模块，用于所述数字随机信号进行统计分析，以确定所述量子熵源芯片的工作状态是否满足要求，并将分析结果发送给上位机；

光芯片驱动模块，所述光芯片驱动模块与所述自发辐射光源模块、所述第一光电探测器模块以及所述第二光电探测器模块分别连接；

其中，所述上位机用于根据所述分析结果，调节所述光芯片驱动模块的驱动信号。

7.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述后处理模块为现场可编程逻辑门阵列模块，能够运行预设压缩算法，基于所述数字随机信号，按照设定数据格式输出所述量子随机数。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述封装结构的量子随机数生成方法，其特征在于，所述量子随机数生成方法包括：

通过自发辐射光源模块产生自发辐射光束；

通过第一光电探测器模块以及第二光电探测器模块分别采集经过壳体反射后的所述自发辐射光束，以形成两路满足随机泊松分布的模拟信号；

其中，所述自发辐射光束在预设发散角的光强满足随机泊松分布；所述模拟信号用于产生量子随机数。