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题名一种基于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
王雅琦
李力
许华醒
王少华
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机构
国开启科量子技术(北京)有限公司
中南大学自动化学院
中国电子科技集团有限公司电子科学研究院
中电科电科院科技集团有限公司
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出处
《量子电子学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期924-932,共9页
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基金
国家自然科学基金(62001440)。
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文摘
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。
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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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Keywords
quantum optics
miniaturized quantum random number generator
binary method
complementary metal oxide semiconductor
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分类号
TP309.7
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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题名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
庞恺
付梦晗
陈柳平
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机构
湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室
国开启科量子技术(北京)有限公司
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出处
《光通信研究》
2022年第6期27-34,63,共9页
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基金
国家自然科学基金资助项目(61571182)。
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文摘
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。
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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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Keywords
QRNG
pulse laser
high speed sampling
randomness test
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分类号
TN202
[电子电信—物理电子学]
O413
[理学—理论物理]
TN918
[电子电信—通信与信息系统]
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题名基于真空涨落的高速量子随机数产生
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作者
金振阳
万相奎
廖涛
陈柳平
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机构
湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室
国开启科量子技术(北京)有限公司
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出处
《量子电子学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期933-942,共10页
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基金
国家自然科学基金(61571182)。
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文摘
随着量子密钥分发(QKD)系统的深入研究与应用,随机数的质量和产生速率面临着更大的挑战。为了满足随机数在QKD系统以及对于密钥安全性要求较高的场景下的使用,提出一种基于真空涨落产生真随机数的实验方案。相比于传统方案使用的2×2偏振分束器(BS),该方案采用单模1×2的BS来实现光路的传输,不仅节省了装置成本,同时还得到了较高的随机数产生速率。在9.68 dBm光强的作用下,得到量子噪声与经典噪声的信噪比为11.92 dB。对通过12 bit的模数转换器采集到的数据进行分析,结果显示经典噪声和真空散粒噪声均符合高斯分布,通过计算得到最小熵为9.92,原始数据经过安全性可被信息论证明的托普利茨(Toeplitz)后处理,最终实现7.6 Gbit/s的量子随机数产生,并且通过了Nist随机数标准测试,验证了方案的可行性。
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关键词
量子通信
真空涨落
量子随机数
最小熵
后处理
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Keywords
quantum communication
vacuum fluctuation
quantum random number
minimum entropy
post processing
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分类号
TN202
[电子电信—物理电子学]
O413
[理学—理论物理]
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