[实用新型]基于隧穿效应的量子随机数生成器及包含其的集成电路

说明书

本申请实施例涉及基于隧穿效应的量子随机数生成器，根据本申请的一些实施例，一种量子随机数生成器，其包括：信号生成电路，其包括二极管，所述二极管用作熵源以使所述信号生成电路产生随机性的波动信号；信号过滤电路，其经配置以对所述波动信号进行过滤；模数转换电路，其经配置将经过滤的信号转换为数字信号；以及计数电路，其基于所述数字信号生成量子随机数。本申请实施例还提供了一种集成电路，其包括前述的量子随机数生成器。本申请实施例提供的基于隧穿效应的量子随机数生成器可有效解决传统技术中遇到的问题。

技术领域

本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种量子随机数生成器。

背景技术

在现代社会中，随机数在科学、经济、工业等许多方面中有着重要的作用。具体而言，在密码学、蒙特卡洛计算与分析、工业测试等领域中，随机数都扮演着重要的角色。

在当前使用最为广泛的是计算机通过某些确定的算法生成的伪随机数。简而言之，伪随机数生成装置(PRNG)不过是一个数学公式，它产生一个确定的、周期性的数字序列，该序列完全由称为种子的初始状态决定。由于伪随机数序列并非真的随机，其经常导致随机模拟和计算出现错误，并且在密码学应用中，由于所有主要的PRNG家族都已经被破译，因此伪随机数的使用存在极大的安全风险。

如何得到无法通过计算得出的、真正随机的真随机数是目前亟待解决的问题。而数字计算机的操作是确定性的，所以它们不能产生真随机数。相反，真随机数通常使用物理(真实)随机数生成装置(TRNG)来获得，它通过测量一个精密控制、特别准备的物理过程来运作。量子力学固有的随机性使量子系统成为真随机数生成器的理想熵源。而目前量子随机数生成器的方案主要在光学系统中实现，成本高昂，能耗高，且系统复杂，无法与CMOS 工艺兼容，难以小型化、芯片化。

因此本申请提出一种量子随机数生成器。

实用新型内容

本申请是为了解决上述问题而进行的，目的之一在于提供一种基于二极管的量子随机数生成器，其随机性更好控，且电子方式便于集成、芯片化，嵌入其它器件里。

本申请的实施例提供一种量子随机数生成器，其包括：

信号生成电路，其包括二极管，二极管用作熵源以使信号生成电路产生随机性的波动信号；

信号过滤电路，其经配置以对波动信号进行过滤；

模数转换电路，其经配置将经过滤的信号转换为数字信号；以及

计数电路，其基于数字信号生成量子随机数。

根据本申请的一些实施例，其中计数电路还包括二进制计数器。

根据本申请的一些实施例，其中计数电路还包括交互器件。

根据本申请的一些实施例，其中交互器件包括处理器。

根据本申请的一些实施例，其中信号过滤电路还包括高通滤波器。

根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路包括比较器。

根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路还包括负反馈单元，负反馈单元用于调节比较器的正输入端电压，使比较器达到0.5左右的占空比。

根据本申请的一些实施例，其中模数转换电路还包括低通滤波器。

根据本申请的一些实施例，其中二极管为齐纳二极管。

本申请的实施例还提供一种集成电路，其包括根据前述中的任一量子随机数生成器。

本申请提出的量子随机数生成器所生成量子随机数的随机性实际上是提取自二极管的随机信号波动，从而保证了所生成量子随机数的真随机性和可靠性。

附图说明