基于光子间隙随机分布的任意进制真随机数源

根据激光光子数的泊松分布特征，通过衰减脉冲激光的光强度使衰减后平均每十个脉冲含有一个光子，该光子在十个脉冲中位置的分布是随机的，也即任意二十个脉冲中的两个光子的间隙时间是随机的。基于该随机间隙时间可产生真随机数序列，不仅可以产生二进制随机数，也可产生多进制的。实验上分别制备了二进制和十进制真随机数序列；对数据量为100M的样本进行通用的ENT程序随机性检验，检测结果很好。此外，该实验方案具有抗干扰能力强、便于集成、随机数产生速率容易提高等优点，可广泛应用于保密通信、身份验证、Monte Carlo计算、彩票游戏等领域。     

基于光量子的真随机源

介绍基于单光子的量子随机性产生二元真随机序列的实验以及所采用的数学处理方法.实验利用单光子探测器,较高速的信号处理电路和计算机数据采集系统,接收记录随机选择反射或折射路径通过50/50分束器的光子,从而获得原始的二元随机序列.用Huffman编码方法把原始数据压缩为符合密码学要求的真随机序列.随机序列采集的速率理论上可达200kbit/s. 关键词： 真随机数源 单光子 光子束器 Huffman编码及数据压缩     

偏振光量子随机源

报道了一种基于偏振光量子的随机效应产生的随机源，这种方法利用了单个偏振光子在偏振分束镜表现出来的量子随机性.用同步符合单光子检测技术，对衰减的偏振单光子源在偏振分束镜表现的随机性进行检测，利用计算机和数据采集卡，获得了二元随机码.利用国际通用的随机数检测程序(ENT)对直接获得的数据进行随机性分析，结果完全满足真随机数的标准.     

基于偏振纠缠光子对的单光子源

提出了一种基于参量下转换纠缠光子对获得单光子源的实验方案,并对实验的光路、数据采集方面做了详细介绍.实验结果显示,由此方案获得的单光子源的品质要优于弱相干光式的单光子源两个数量级,即多光子光脉冲出现的概率降低了100倍.实验结果表明此方案有望得到实际应用. 关键词： 单光子源 参量下转换 反符合测量     

光量子随机数发生器

设计制作了基于单光子量子随机性的二进制随机数发生器,通过50/50光分束器的光子流被其后的单光子探测器记录下光子路径,经高速电路和计算机数据采集系统转换为二进制随机数流,目前实验中随机数采集速率达100 Kbit/s,本文采用延迟符合计数法来克服探测器暗计数的影响.使暗计数对随机数序列的影响下降了2到3个数量级,最后应用的三种随机性测试表明所采数据随机性良好.     

基于纠缠光子对的真随机数源

介绍了理论上基于量子力学的基本原理、实验方面基于新型的单光子源即参量下转换所产生的纠缠光子对,单光子路径自由选择产生真随机数序列的实验[1].     

基于泊松分布单光子源的量子误码率的分析

在自由空间量子密钥分配中,单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲,量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子,建立了量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道,引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境,并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星_地面站间链路,进行了量子误码率的数值仿真研究。结果表明,在低轨卫星_地面站间进行量子密钥分配是可行的,限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。     

基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源,通过8位 ADC将熵源信息转化为二进制码,并经后续差分运算处理改善其随机性,最终获得了1 Gbit/s的随机数.所产生的随机数通过了NIST Special Publication 800-22的全部测试项. 关键词： 混沌激光 随机数发生器 半导体激光器 模数转换     

基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源

提出了一种基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源。利用衰减成单光子态的光强恒定光源和一个单光子探测器产生单光子随机脉冲,通过连续比较单光子随机脉冲序列中相邻两个脉冲的时间间隔来提取随机位。通过设计高速响应的微通道板单光子探测器和基于现场可编程门阵列(FPGA)的随机位提取电路,获得了超过10Mbit/s的随机位产生速率。通过采用恒比定时和对计数时钟倍频的方法提高时间间隔的测量精度,从而减小随机位序列的相关系数。当光量子随机源的随机位产生速率在10kbit/s以下时,所获得的二进制随机位序列的相关系数小于0.001。运用随机性测试程序ENT和DIEHARD对所获的随机位序列进行测试,测试结果表明序列的随机性非常好且不需要后续处理,完全满足真随机数的标准。     

基于鼠标轨迹和混沌系统的真随机数产生器研究

提出了一种基于鼠标轨迹的真随机数产生器,并对该类产生器的优缺点、总体设计和基本技术进行了研究.为了消除相同用户鼠标轨迹中存在的相似性,利用混沌系统的敏感性,分别采用图像加密算法和Hash函数两种方法对鼠标轨迹进行后处理.大量严格的测试和实验表明,改进的基于混沌Hash函数的真随机数产生器具有安全、快速、方便和廉价的优点,可以在个人电脑上实际使用. 关键词： 混沌 真随机数产生器 鼠标轨迹     

A hybrid-type quantum random number generator

This paper proposes a well-performing hybrid-type truly quantum random number generator based on the time interval between two independent single-photon detection signals, which is practical and intuitive, and generates the initial random number sources from a combination of multiple existing random number sources. A time-to-amplitude converter and multichannel analyzer are used for qualitative analysis to demonstrate that each and every step is random. Furthermore, a carefully designed data acquisition system is used to obtain a high-quality random sequence. Our scheme is simple and proves that the random number bit rate can be dramatically increased to satisfy practical requirements.     

Photonic analog-to-digital converter based on the robust symmetrical number system

A novel approach to realizing photonic analog-to-digital conversion with Gray-code-like property is proposed and demonstrated. Instead of using Mach-Zehnder modulators (MZMs) with different half-wave voltages, an array of MZMs with identical half-wave voltages are applied to realize quantization and encoding, which greatly simplifies the implementation. Multiple comparators with preset thresholds are applied at the output of each MZM to improve the number of bits. Through properly setting the bias voltages of the MZMs, a photonic analog to digital converter (ADC) based on the robust symmetrical number system (RSNS) coding method is realized. As an example, a 3-channel structure with maximum quantization level of 17 (corresponding to 4.09 bits) is investigated in detail. We show that the differential encoding technique can be applied in the proposed structure, which increases the equivalent number of bits of the ADC system.     

A true random number generator based on the photon arrival time registered in a coincidence window between two single-photon counting modules

True random number generators are essential components for communications to be confidentially secured. In this paper a new method is proposed to generate random sequences of numbers based on the difference of the arrival times of photons detected in a coincidence window between two single-photon counting modules.     

基于忆阻器的数模混合随机数发生器

数字方法实现的混沌随机数发生器存在有限字长效应, 无法保证随机数良好的统计特性. 本文构建了一类包含最少模拟器件的新数模混合系统, 分析了混合系统的非线性动力学行为. 利用现场可编程逻辑门阵列和一阶广义忆阻器实现了复杂混沌映射, 克服了有限字长效应, 构造了稳定的高速混沌随机数发生器, 可以产生100 Gbit/s以上速率的随机数. 研究表明, 数模混合系统的混沌性对元件参数变化不敏感. 混合系统易于集成在图像加密、保密通信和雷达波形设计等应用系统中.     

一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议

在实际量子密钥分发系统中,由于设备、器件存在缺陷,在量子态制备过程中往往存在误差,而这些态制备误差会导致一定的系统安全性漏洞.本文在Tamaki等(Phys. Rev.A 90 052314)的工作基础之上,提出了一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议.本文将发送端制备态误差进行参数刻画并带入量子密钥协议安全性分析之中,避免了实际应用中由于态制备装置的不理想可能引入的安全性漏洞,提高了系统的安全性.同时,为了方便起见,本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算.仿真结果显示,本文提出的协议对态制备误差具有很好的鲁棒性.同时,由于标记单光子源具有真空脉冲概率低的优点,与此前基于弱相干态脉冲的同类协议相比,我们的协议在传输距离较远时能够显示出更优的性能.因而,该工作有望为未来发展长距离量子保密通信应用与研究提供重要的参考价值.     

基于广义信息域离散轨迹变换的随机数生成器

广义信息域是所有可表示为二进制编码的数字信息构成的空间. 本文提出一种基于广义信息域离散轨迹变换的随机数生成器. 该生成器将广义信息域作为熵源空间, 把用户选择的数字信息作为熵源输出, 在对熵源输出进行重构处理的基础上使用离散轨迹变换方法生成随机数. 本文提出的生成器在平衡度、周期和抗碰撞等性能上均表现优良, 并通过美国国家标准技术研究院 测试证明其具有理想的随机性, 可以供用户快速方便地生成高安全随机数.     

基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案的信息泄露问题

最近,一种基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案[物理学报65 230301(2016)]被提出.文章宣称一个量子态可以编码3比特经典信息,从而使得协议具有很高的信息传输效率.不幸的是,该协议存在信息泄露问题:编码在单光子上的3比特经典信息有2比特被泄露,而编码在Bell态上的3比特经典信息有1比特被泄露,所以它不是一个安全的直接量子通信方案.在保留原协议思想且尽可能少地更改原协议的基础上,我们提出一种改进的消息编码规则,从而解决信息泄露问题,使之成为一个高效、安全的量子通信协议.衷心希望研究者能对量子安全通信协议中信息泄露问题引起足够重视,设计真正安全的量子通信协议.     

利用光子统计概率测量单分子光子源的信号背景比

理论上研究了基于Hanbury Brown Twiss 探测方式，利用单光子和双光子统计概率P RS(1),PRS(2),直接测量单分子光子源的信号背景比.在研究过程中同时考 虑到单分子布居于暂稳态和探测器量子效率对测量结果的影响.在满足PRS(1)2 PRS(2)-3PRS(2)的条件时，研究给出了一种有效测量信号背景比的方 法SBR=P2RS(1)/2PRS(2).另外，分析讨论了Mandel参数Q 与信号背景比之间的关系. 关键词： 单分子光子源 信号背景比 光子统计 暂稳态 Mandel参数     

一种全光纤型观测光波粒二象性的方法

提出一种结构简单、实验现象明显的光波粒二象性观测方案,本方案以波的相干叠加突出显示光的波动性,以粒子在50/50分束器的路径随机选择特性突出显示光的粒子性.以衰减强激光脉冲为光子源,在实验室获得的干涉对比度超过99%,单粒子特性超过90%.实验结果表明此方案有望在实际得到广泛应用.