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量子随机数发生器
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    随机数在社会生活不同方面都有着重要的应用,尤其是如今的计算机、信息安全等领域。更值得注意的是,随机数在量子密钥分发(QKD)技术中也有着至关重要的地位,是随机密钥安全性的来源,同时在后处理中也是必不可少的。然而,现在常用的随机数发生器,或者依靠计算机模拟产生伪随机数,或者从某些经典物理噪声(如热噪声,电噪声等)中提取随机数。然而理论上,经典物理过程在考虑到所有变量的情况下是可以被模拟的,唯有某些量子物理过程所产生的随机性是完全真随机的,比如量子态的坍缩过程。因此,CREAM小组的研究方向之一是量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)。

 

    量子随机数的产生包括随机源选择、数字化采样、数据后处理、随机性检验四个步骤,CREAM小组主要进行随机源的研究,提出了基于不同量子随机源的随机数产生方案。针对离散量子源,提出了利用单光子计数的方案;而针对连续源,提出了基于VCSEL激光器的相位噪声、偏振噪声提取,以及基于SLED光源的相位噪声提取方案。随机数产生速率达到了40Gbps(过采样情况下1.6Tbps)的超高速率。同时,对于随机序列的后处理和随机性检验也进行了相应的研究,提出了von Neumann纠偏的处理方法,以及3-σ 检验标准。

    

    CREAM小组在QRNG方向将探究更多的量子随机数产生方案和更严格的检验标准,希望研制更快速率、更小体积、更稳定的随机数发生器,并通过更好的检验标准进行验证。

[1] Yu Liu, Mingyi Zhu, Bin Luo, Jianwei Zhang, and Hong Guo, “Implementation of 1.6 Tbs-1 truly random number generation based on a super-luminescent emitting diode,” Laser Phys. Lett. 10, 045001 (2013).
[2] Hong Guo, Wenzhuo Tang, Yu Liu, and Wei Wei, “Truly random number generation based on measurement of phase noise of a laser,” Phys. Rev. E 81 (5), 051137 (2010).