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基于量子隧道效应的量子随机数发生器研究进展 被引量:1
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作者 刘宇轩 白玉明 +1 位作者 杨哲 李俊林 《信息通信技术与政策》 2024年第7期48-58,共11页
从2000年开始,量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)逐渐受到广泛关注。与算法或经典物理系统随机数发生器相比,QRNG的量子随机源不由确定性的算法或方程描述,仅由波函数进行概率描述,具有内禀随机性。目前,QRNG方... 从2000年开始,量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)逐渐受到广泛关注。与算法或经典物理系统随机数发生器相比,QRNG的量子随机源不由确定性的算法或方程描述,仅由波函数进行概率描述,具有内禀随机性。目前,QRNG方案大多基于光子体系。近年来,基于电子体系的量子随机数发生器(electronic Quantum Random Number Generator,eQRNG)方案相继被提出。与光子QRNG相比,eQRNG没有电-光-电转换,有效避免了转换过程中经典噪声的影响,在随机性上具有更大优势,且结构简单、系统稳定,与半导体工艺兼容,具有可集成性。基于此,通过介绍基于量子隧道效应的eQRNG研究进展,包括基于隧道二极管的eQRNG、基于范德瓦尔斯异质结的eQRNG与基于雪崩光电二极管的eQRNG等,阐述了eQRNG在随机性与量子性上的独特优势。 展开更多
关键词 随机数 量子随机数发生器 量子隧道效应
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量子随机数发生器 被引量:7
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作者 周泓伊 曾培 《信息安全研究》 2017年第1期23-35,共13页
利用量子物理中的基本原理可以产生真随机数,它们在许多应用尤其是密码学中起到重要作用.对一个量子系统进行测量得到的真随机性揭示了量子特性——相干性,这是一个区分量子力学和经典力学的重要特性.根据对设备的信赖程度,量子随机数... 利用量子物理中的基本原理可以产生真随机数,它们在许多应用尤其是密码学中起到重要作用.对一个量子系统进行测量得到的真随机性揭示了量子特性——相干性,这是一个区分量子力学和经典力学的重要特性.根据对设备的信赖程度,量子随机数发生器可以被分为三大类:第1类是实用化的量子随机数发生器,这类发生器需要充分信任设备并建立适当的物理模型对设备进行描述,通常可以有很高的随机数产生率;第2类是自检测量子随机数发生器,可以在不信任设备的条件下产生随机数;第3类是半自检测量子随机数发生器,它是介于前2类之间的一类方案,通过部分地信任设备来获得相对较高的随机数产生率. 展开更多
关键词 量子相干性 量子随机数发生器 实用化 自检测 半自检测
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实用化量子随机数发生器研究进展 被引量:3
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作者 聂友奇 张军 《信息安全研究》 2017年第1期86-90,共5页
量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置.最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数,其速率很低,无法满足大多数应用的需求.为了提高速率,... 量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置.最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数,其速率很低,无法满足大多数应用的需求.为了提高速率,提出并实现了一个实用且高速的基于光子相对于外部固定参考的到达时间的量子随机数发生器方案,其原始随机数据符合均匀分布,原始比特率达到了109Mbps.然而,对于某些应用场景,比如高速量子密钥分发系统,这个速率依然不够高.为了满足对超高速率的需求,实验实现了速率高达68Gbps的基于激光相位波动测量的量子随机数发生器方案.激光相位波动被干涉仪转化成亮度信息被高速光电探测器探测,然后量化为产生速率为80Gbps的原始随机数.为了满足干涉仪稳定性的需求,使用主动反馈技术代替了传统的温度控制来实现相位稳定控制.通过对系统建模分析,估算出原始数据中的量子随机性,经过Toeplitz矩阵提取之后得到最终的量子随机数,产生速率可以达到68Gbps.然而,对于一个实用的量子随机数发生器,速率的瓶颈在于非常低的随机性提取速率.为了关闭这个间隙,提出并在高速FPGA中实现了基于Toeplitz矩阵的流水线式的随机性提取算法.同时QRNG的所有组成部分被集成到一个紧凑的模块中.这个包括实时后处理与实时传输的QRNG模块,其最终的比特率达到了3.2Gbps.这一系列的研究进展表明高速量子随机数发生器已经走向了实用化进程. 展开更多
关键词 量子随机数发生器 单光子探测 最小熵 激光相位波动 TOEPLITZ矩阵 随机性提取
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脉冲激光相位涨落的量子随机数发生器 被引量:1
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作者 金振阳 万相奎 +2 位作者 庞恺 付梦晗 陈柳平 《光通信研究》 2022年第6期27-34,63,共9页
针对目前量子随机数发生器(QRNG)无法同时满足量子密钥分发通信中对于随机数产生的高速及实时性需求的问题,文章改进了基于脉冲激光作为光源提取相位信息的QRNG方案,利用单模迈克尔逊干涉仪将随机相位信息转换成光强信息,再通过高速光... 针对目前量子随机数发生器(QRNG)无法同时满足量子密钥分发通信中对于随机数产生的高速及实时性需求的问题,文章改进了基于脉冲激光作为光源提取相位信息的QRNG方案,利用单模迈克尔逊干涉仪将随机相位信息转换成光强信息,再通过高速光电探测器(PD)转换为电信号,并采用16位250 MHz采样率的数/模转换器(ADC)以及50%的提取率,最终得到了1.1 Gbit/s的实时量子随机数产生速率。文章实现了一种高速、实时和集成化的QRNG设备,同时对比了该方案与连续激光作为光源在原理以及系统设计上的优势。基于脉冲激光光源的QRNG通过了我国信息通信研究院的各项测试,产品在稳定运行过程中所输出的随机数,均能通过国家密码管理局随机性测试文件GB/T 32915-2016中规定的15项测试标准以及美国国家标准与技术研究院(NIST)检测标准。 展开更多
关键词 量子随机数发生器 脉冲激光 高速采样 随机性测试
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基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数发生器 被引量:1
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作者 李元昊 费洋扬 +4 位作者 王卫龙 孟祥栋 王洪 段乾恒 马智 《密码学报》 CSCD 2023年第1期73-86,共14页
基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,... 基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,随机数提取率比基于弱相干态光源的诱骗态量子随机数生成协议更高.分析探测器的探测效率、后脉冲和探测效率不匹配对该协议安全性造成的影响,探测器的探测效率与最小熵呈正相关;后脉冲增加会降低输出的最小熵,影响随机数的安全性;在非对称基矢探测器效率的情况下,若其中一个测量基的探测效率较高,则该协议可以在另一个测量基的探测效率任意接近于0的情况下输出量子随机数. 展开更多
关键词 量子随机数发生器 标记配对相干态光源 诱骗态
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一种基于CMOS的小型化量子随机数产生装置
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作者 王其兵 王林松 +3 位作者 王雅琦 李力 许华醒 王少华 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期924-932,共9页
为满足量子随机数发生器(QRNG)的小型化、集成化应用,设计了一种基于发光二极管(LED)光源并结合互补金属氧化物半导体(CMOS)探测的量子随机数发生器。量子随机数是以光量子固有特性确保随机数的高安全性,同时其低成本、高速率的处理方... 为满足量子随机数发生器(QRNG)的小型化、集成化应用,设计了一种基于发光二极管(LED)光源并结合互补金属氧化物半导体(CMOS)探测的量子随机数发生器。量子随机数是以光量子固有特性确保随机数的高安全性,同时其低成本、高速率的处理方式也具有较高的应用价值。但是传统的基于高速模拟数字转换器(ADC)采样的信号处理方法存在成本高、系统复杂、后处理要求高等问题,并且ADC采样的不完美性还会引入伪随机的特性,降低系统的随机数特性,从而限制了其进一步的商业应用与推广。本文提出的量子随机数发生器基于电压比较二值法,利用像素间探测电压的随机性,以CMOS像素点探测输出的电压序列前后脉冲间的电压差值作为随机数熵源,从而获得量子随机数序列。该方法具备简单、可靠、易实现的优点,更利于产品的产业推广。 展开更多
关键词 量子光学 小型化量子随机数发生器 二值法 互补金属氧化物半导体
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量子密钥在蜂群作战中的应用初探
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作者 蒋军彪 王晓章 张卓 《弹箭与制导学报》 北大核心 2021年第2期1-5,共5页
蜂群作战模式是未来体系作战的一种重要形式,蜂群节点间的通信安全至关重要,然而现有保密通信体制存在一定的失密风险。文中分析了量子密钥管理系统架构和目前存在的问题,评估了短期内量子通信在蜂群作战中直接应用的可行性,提出了一种... 蜂群作战模式是未来体系作战的一种重要形式,蜂群节点间的通信安全至关重要,然而现有保密通信体制存在一定的失密风险。文中分析了量子密钥管理系统架构和目前存在的问题,评估了短期内量子通信在蜂群作战中直接应用的可行性,提出了一种量子密钥与现代密码体制相融合的新型保密通信体制,可有效提高蜂群自组网的通信安全性。 展开更多
关键词 蜂群自组网 量子保密通信 量子密钥分发 量子随机数发生器 BB84
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量子保密通信器件发展概述 被引量:2
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作者 倪文强 薛梦驰 +2 位作者 刘选斌 杨光 赵良圆 《现代传输》 2018年第1期64-67,共4页
量子力学的量子不可克隆定理、不确定性原理和非定域性,确保了量子通信的无条件安全。随着"京沪干线"的全线贯通以及"墨子号"量子卫星的圆满完成三大科研任务,中国已经成为世界上量子保密通信最先产业化的国家,并... 量子力学的量子不可克隆定理、不确定性原理和非定域性,确保了量子通信的无条件安全。随着"京沪干线"的全线贯通以及"墨子号"量子卫星的圆满完成三大科研任务,中国已经成为世界上量子保密通信最先产业化的国家,并不断引领该项技术的发展。目前实用的量子保密通信技术依赖于光纤光缆和精密光学器件。本文概述了量子保密通信技术用光纤光缆、光器件的发展热点,包括超低损大有效面积光纤、高速的窄脉冲半导体激光器、基于InGaAs/InP近红外单光子探测器、基于单光子时间分辨的量子随机数发生器等。 展开更多
关键词 量子通信 量子保密通信 光纤光缆 单光子源 光探测器 量子随机数发生器
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