摘要：量子随机数基于量子力学的内禀特性,通过量子物理过程产生理论上完全不可预测的真随机数,在信息安全、计算机、量子通信等诸多领域有着重要的应用。为满足量子随机数发生器实用化应用需求,本文提出了一种基于多光子态散粒噪声测量的量子随机数发生器设计与实现方案,实现了小型化、高速率、实时量子随机数发生器,量子随机数实时输出速率可达103.2 Mbps,满足《GM/T 0005-2012随机性检测规范》的随机性测试标准,具备连续稳定工作能力。

摘要：利用光学量子随机源中光子的随机性,设计了一种无需后处理的随机数产生器。在设计中,用弱光源进行单光子水平的探测,利用单光子水平的光源在半导体探测器上一定周期内探测到的脉冲个数服从泊松分布的基本原理,而元器件和读出电子学造成理想泊松分布的变形,通过控制平均计数消除偏差,达到统计学上的无偏。本设计具有自动纠偏功能,产生无后处理的高质量高速真随机数,并通过了NIST、Diehard等多种技术测试标准。

摘要：针对目前串行量子随机数发生器方案中,量子模式提取的信号带宽与数据处理速率之间的权衡在实时产生速率方面造成了瓶颈,文章利用现场可编程门阵列(FPGA)对多个量子边带模式的并行托普利茨(Toeplitz)哈希实时后处理,研究分析了不同规模Toeplitz矩阵的逻辑资源占用,设计了两层并行流水线算法并进行了仿真验证,充分利用FPGA的并行处理优势和硬件资源,最终实现了实时速率8.24 Gbit/s的量子随机数安全后处理。仿真结果表明,量子随机数发生器的熵源具有较好的随机性,经后处理后的随机数自相关系数保持在10-4量级且能通过Diehard测试。通过与集成电路匹配并行提取多个量子边带模式,实现了一种可商业化的高鲁棒性、高速实时量子随机数发生器。