[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

说明书

本发明公开了一种量子随机数芯片的封装结构及其量子随机数生成方法，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，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；所述自发辐射光源模块产生的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。本发明提供的技术方案，可以利用SIP的混合封装技术，可以实现低成本，小体积，高稳定性的量子随机数芯片。

技术领域

本发明涉及量子随机数技术领域，更具体的说，涉及一种量子随机数芯片的封装结构及其量子随机数生成方法。

背景技术

随机数是密码学的重要资源之一，不论是对于经典密码学还是量子密码学来说，他们对随机数的随机性要求都非常严格，甚至是直接决定了绝大多数密码体系的安全性。此外，随机数在密码学之外的应用也非常广泛，包括在博彩活动、抽样统计、Monte-Carlo模拟以及一些计算科学中，都扮演着非常重要的角色。

目前，基于产生方法和输出序列的特征，可以将随机数的产生方法分为两大类：伪随机数发生器和物理随机数发生器。其中，物理类随机数的随机性是基于一些非确定性的客观物理现象的随机性，包括了大气噪声、电子噪声、电路抖动等等，这些随机数发生器由探测这些物理现象的结果来产生随机数。同时如果这些物理现象为量子现象时，则将这一类的物理随机数发生器成为量子随机数发生器，这些物理现象则包括真空涨落、相位噪声、辐射衰变等量子物理过程。由于量子物理过程的量子力学内禀随机性，量子随机数被普遍认为具有真随机性，无法被预测，是一种理想的随机数发生器。

但是现有量子随机数发生器一般是基于分离光学器件系统，仍然具有体积较大、功耗高、价格昂贵等问题，至今没有得到较为广泛的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种量子随机数芯片的封装结构及其量子随机数生成方法，所述封装结构能够利用SIP(System In a Package，系统级封装)的混合封装技术，可以实现低成本，小体积，高稳定性的量子随机数芯片。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种量子随机数芯片的封装结构，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。

优选的，在上述的封装结构中，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。

优选的，在上述的封装结构中，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。

优选的，在上述的封装结构中，所述控制芯片包括：