量子隨機數(shù)發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種隨機數(shù)發(fā)生器，尤其涉及一種量子隨機數(shù)發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨機數(shù)的產(chǎn)生方法的研究已經(jīng)有較長的歷史.至今仍有統(tǒng)計學(xué)者繼續(xù)研究隨機數(shù)的產(chǎn)生的方法和理論.隨機數(shù)的產(chǎn)生，最早的方法稱為手工方法.即采用抽簽、擲骰子、抽牌、搖號或者從攪亂的罐子中取帶數(shù)字的球等方法，許多彩票的發(fā)行仍采用這種方法。隨著計算機和模擬方法的應(yīng)用，計算機來產(chǎn)生隨機數(shù)成為新的課題。利用計算機產(chǎn)生隨機數(shù)有兩種方法，在計算機內(nèi)輸入隨機數(shù)表和把具有隨機性質(zhì)的物理過程變換為隨機數(shù)，如粒子的輻射性，裂變等等。后者得到的隨機數(shù)均勻性和隨機性都很好，而且取之不盡的，但是缺點也明顯，對計算的結(jié)果不能重復(fù)檢驗，這種物理隨機數(shù)的產(chǎn)生需要大量的人力物力去檢查和維修，成本過高。而數(shù)學(xué)方法產(chǎn)生的隨機數(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，雖然產(chǎn)生的隨機數(shù)為偽隨機的，正是因為它的占用內(nèi)存少、速度快、可重復(fù)性的優(yōu)點。隨機數(shù)的應(yīng)用范圍很廣，對于隨機數(shù)的均勻性，隨機性，獨立性的檢驗也是不可缺少的，只有通過了檢驗的隨機數(shù)才有更大的利用空間。產(chǎn)生隨機數(shù)的幾種常用方法有線性同余法、素數(shù)模乘同余法、線性同余組合發(fā)生器(擴大周期法)等。對比文件中采用的Mach-Zehnder延時環(huán)結(jié)構(gòu)使得前后兩個脈沖發(fā)生干涉，該干涉結(jié)構(gòu)偏振相關(guān)性較強，極易受環(huán)境干擾而不穩(wěn)定；另外，對比文件中采用延時環(huán)中增加空氣隙(air-gap)的方式來匹配脈沖激光器的重復(fù)頻率，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，延時與損耗耦合嚴重，調(diào)整困難，這兩個缺點使得整個隨機數(shù)產(chǎn)生系統(tǒng)容易耦合進環(huán)境噪聲，影響生成隨機數(shù)的隨機性。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種速度快、效率高、輸出穩(wěn)定并且精確的量子隨機數(shù)發(fā)生器。
[0004]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為:量子隨機數(shù)發(fā)生器，包括脈沖激光器、隔離器、比較器和光電探測器;其特征在于:
[0005]所述脈沖激光器通過隔離器與延時環(huán)連接;延時環(huán)、光電探測器和比較器依次串耳關(guān)；
[0006]還包括比較器和延時環(huán)；
[0007]所述延時環(huán)為Faraday-Michelson型N比特延時環(huán)，N2 I;所述脈沖激光器工作在增益開關(guān)模式，用于輸出重復(fù)頻率為f的窄脈沖激光序列;所述脈沖激光器的重復(fù)頻率f通過精密調(diào)節(jié)，以獲得所述窄脈沖激光序列與延時環(huán)間的精確匹配；
[0008]所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使兩個脈沖疊加并發(fā)生干涉；
[0009]所述光電探測器用于探測干涉結(jié)果，以獲得隨機脈沖信號；
[0010]所述比較器用于對所述隨機脈沖信號的幅度進行比較，并輸出隨機比特:若光電探測器輸出電信號幅度在[ν-δ，ν+δ]之間，則輸出比特O;若幅度大于V+△，輸出+ 1;若幅度小于V-Δ，輸出-1。
[0011]ν、δ和Δ均為電信號數(shù)值，δ和Δ是用于判斷信號V變化的一個小量，可根據(jù)實際信號值V的大小設(shè)定，原則上Δ>δ;這里V是光電探測器的輸出電壓幅度的均值，δ和△需要我們依據(jù)系統(tǒng)的特性定義，使得輸出的隨機比特概率相同，原則上A >δ;。
[0012]作為本實用新型進一步改進的技術(shù)方案，所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使第k個脈沖與第k+N個脈沖發(fā)生干涉，1，N2 1
[0013]作為本實用新型進一步改進的技術(shù)方案，光電探測器為APD管或者PIN管。原則上高速的光電探測器都行，所以APD管也是可以的，但是考慮到成本和響應(yīng)速度，PIN管更優(yōu)；這里單比特延時環(huán)就是N=I的特例而已，原則上來講，N越大隨機性越有保障，但是N大了，延時環(huán)的長度就得增加，這樣受到環(huán)境的擾動就會增加
[0014]本實用新型的脈沖激光器工作在增益開關(guān)模式，輸出重復(fù)頻率為f的窄脈沖激光序列。脈沖經(jīng)過Faraday-Michel son型單比特延時環(huán)或者N比特延時環(huán)，使得前后兩個脈沖發(fā)生干涉。為了獲得好的干涉效果，通過精密調(diào)節(jié)脈沖激光器的重復(fù)頻率f，以獲得激光脈沖序列與延時環(huán)間的精確匹配。干涉結(jié)果被PIN管探測，獲得隨機脈沖信號。比較器對隨機的信號的幅度進行比較，輸出隨機比特:若幅度為[V-δ,ν+δ]，輸出比特O;若幅度大于V+Δ，輸出+1;若幅度小于V-Δ，輸出-1。這里的參數(shù)δ和△需要根據(jù)具體的模型進行計算，獲得等比的輸出隨機比特?？傊緦嵱眯滦屯ㄟ^精細調(diào)節(jié)頻率f來匹配延時環(huán)、延時環(huán)采用Faraday-Michelson結(jié)構(gòu);采用比較器獲得好的高速性能，因此本實用新型速度快、效率高、輸出穩(wěn)定并且精確。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)不意圖。
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步說明。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]參見圖1，本量子隨機數(shù)發(fā)生器，包括脈沖激光器、隔離器、比較器和光電探測器；所述脈沖激光器通過隔離器與延時環(huán)連接;延時環(huán)、光電探測器和比較器依次串聯(lián);還包括比較器和延時環(huán);所述延時環(huán)為Faraday-Michelson型N比特延時環(huán)，N > I;所述脈沖激光器工作在增益開關(guān)模式，用于輸出重復(fù)頻率為f的窄脈沖激光序列;所述脈沖激光器的重復(fù)頻率f通過精密調(diào)節(jié)，以獲得所述窄脈沖激光序列與延時環(huán)間的精確匹配;所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使兩個脈沖疊加并發(fā)生干涉;所述光電探測器用于探測干涉結(jié)果，以獲得隨機脈沖信號;所述比較器用于對所述隨機脈沖信號的幅度進行比較，并輸出隨機比特:若光電探測器輸出電信號幅度在[V-δ,ν+δ]之間，則輸出比特O;若幅度大于V+Δ，輸出+ 1;若幅度小于V-Δ，輸出-1。作為優(yōu)選方案，所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使第k個脈沖與第k+N個脈沖發(fā)生干涉，k2 I，N2 I。光電探測器為AH)管或者PIN管
[0019]ν、δ和Δ均為電信號數(shù)值，δ和Δ是用于判斷信號V變化的一個小量，可根據(jù)實際信號值V的大小設(shè)定，原則上Δ>δ;這里V是光電探測器的輸出電壓幅度的均值，δ和△需要我們依據(jù)系統(tǒng)的特性定義，使得輸出的隨機比特概率相同，原則上A >δ;原則上高速的光電探測器都行，所以APD管也是可以的，但是考慮到成本和響應(yīng)速度，PIN管更優(yōu);這里單比特延時環(huán)就是N=I的特例而已，原則上來講，N越大隨機性越有保障，但是N大了，延時環(huán)的長度就得增加，這樣受到環(huán)境的擾動就會增加。
【主權(quán)項】
1.一種量子隨機數(shù)發(fā)生器，包括脈沖激光器、隔離器、比較器和光電探測器；其特征在于:所述脈沖激光器通過隔離器與延時環(huán)連接;延時環(huán)、光電探測器和比較器依次串聯(lián)； 還包括比較器和延時環(huán);所述延時環(huán)為Faraday-Michelson型N比特延時環(huán)，N > I;所述脈沖激光器工作在增益開關(guān)模式，用于輸出重復(fù)頻率為f的窄脈沖激光序列;所述脈沖激光器的重復(fù)頻率f通過精密調(diào)節(jié)，以獲得所述窄脈沖激光序列與延時環(huán)間的精確匹配;所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使兩個脈沖疊加并發(fā)生干涉;所述光電探測器用于探測干涉結(jié)果，以獲得隨機脈沖信號； 所述比較器用于對所述隨機脈沖信號的幅度進行比較，并輸出隨機比特:若光電探測器輸出電信號幅度在[V-δ,ν+δ]之間，則輸出比特O;若幅度大于V+Δ，輸出+ 1;若幅度小于V-Δ，輸出-1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子隨機數(shù)發(fā)生器，其特征在于:所述窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使第k個脈沖與第k+N個脈沖發(fā)生干涉，1，N2 13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的量子隨機數(shù)發(fā)生器，其特征在于:光電探測器為APD管或者PIN 管。
【專利摘要】本實用新型公開了一種量子隨機數(shù)發(fā)生器，脈沖激光器工作在增益開關(guān)模式，用于輸出重復(fù)頻率為f的窄脈沖激光序列；所述脈沖激光器的重復(fù)頻率f通過精密調(diào)節(jié)，以獲得所述窄脈沖激光序列與延時環(huán)間的精確匹配；窄脈沖激光序列經(jīng)過延時環(huán)，使兩個脈沖疊加并發(fā)生干涉；所述光電探測器用于探測干涉結(jié)果，以獲得隨機脈沖信號；所述比較器用于對所述隨機脈沖信號的幅度進行比較，并輸出隨機比特：若光電探測器輸出電信號幅度在[V-δ，V+δ]之間，則輸出比特0；若幅度大于V+Δ，輸出+1；若幅度小于V-Δ，輸出-1。本實用新型速度快、效率高、輸出穩(wěn)定并且精確。
【IPC分類】G06F7/58
【公開號】CN205334452
【申請?zhí)枴緾N201520624602
【發(fā)明人】劉云, 苗春華
【申請人】安徽問天量子科技股份有限公司
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年8月18日