[发明专利]一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器及控制方法

权利要求书

1.一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器，包括：

量子光源，用于产生光信号；

光电探测器，用于对光信号进行直接强度探测，在每一个探测时间窗口内得到正比于光子数目n的光电流i；

信号采样电路，用于得到正比于光电流i的采样电压v；

比较器，用于将每次的采样电压v与初始化阈值v_e进行比较，得到随机序列；

其特征在于，还包括：

分束器，用于将所述量子光源产生的光信号分为光功率比固定的两束光信号，其中一路光信号进入所述光电探测器；

反馈控制调节电路，用于实时测量另一路光信号的光功率P以计算光功率增量ΔP，再基于光功率增量ΔP和反馈控制类型计算出所需的量子光源驱动信号大小，并对所述量子光源的光功率大小进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器，其特征在于，所述反馈控制调节电路包括：

光功率计，用于实时测量另一路光信号的光功率P；

微控制器，用于将光功率P与初始化时的光功率P₀进行比较，计算得到光功率增量ΔP＝P-P₀，基于光功率增量ΔP和反馈控制类型计算出所需的量子光源驱动信号大小；

数模转换器，用于将量子光源驱动信号转换为量子光源驱动模拟信号；

光源驱动，用于根据量子光源驱动模拟信号完成对量子光源光功率大小的调节。

3.根据权利要求2所述的一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器，其特征在于，所述反馈控制类型包括负反馈调节和PID调节。

4.根据权利要求3所述的一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器，其特征在于，当反馈控制类型采用负反馈调节时，量子光源驱动信号为：

V_D＝V′_D+k·ΔP

其中V′_D是上一次反馈调节输出的驱动电压，k为负反馈调节的比例系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器，其特征在于，所述分束器的分束比即两路光信号的光功率比包括50：50，即等功率分束。

6.一种用于权利要求1-5任一项所述的一种基于反馈控制的无偏置量子随机数发生器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.所述无偏置量子随机数发生器上电时，所述光源驱动输出预设大小的驱动电流驱动所述量子光源发出光信号，经过所述分束器分束为功率比固定的两束光光信号，其中一路光信号进入所述反馈控制调节电路，计算并设定所述比较器的初始化阈值v_e；

S2.设定好所述比较器的初始化阈值v_e之后，所述分束器分束得到的另一路光信号经过所述光电探测器和所述信号采样电路产生采样电压v，所述比较器通过比较采样电压v与初始化阈值v_e的大小产生随机数；

S3.随着工作时间的增加，所述反馈控制调节电路根据所述光功率计的实时测量结果对所述量子光源的驱动电流大小进行调节，抵消工作状态漂移的影响，以保障初始化阈值v_e的有效性。