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基于光电倍增管单光子脉冲幅度分布的多比特光量子随机源
引用本文:鄢秋荣,赵宝升,张华,廖庆洪.基于光电倍增管单光子脉冲幅度分布的多比特光量子随机源[J].光电子.激光,2015,26(7):1394-1400.
作者姓名:鄢秋荣  赵宝升  张华  廖庆洪
作者单位:南昌大学 信息工程学院,江西 南昌 330031 ;中国科学院 西安光学精密机械研究 所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119;中国科学院 西安光学精密机械研究 所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119;南昌大学 信息工程学院,江西 南昌 330031;南昌大学 信息工程学院,江西 南昌 330031
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(61007017)、中国博士后基金 (2013M540536)、 江西省青年科学基金(20142BAB217006)和江西省教育厅基金(GJJ14211)资助项目 (1.南昌大学 信息工程学院,江西 南昌 330031; 2.中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119)
摘    要:提出并验证了一种基于光电倍增管单光子脉冲高 度分布的多比特光量子随机源。将紫外LED发出 的光衰减成离散的单光子序列,光电倍增管探测到的单光子后,输出脉冲幅度随机分布的单 光子脉冲,通 过数字化单光子脉冲的峰值作为熵源来提取随机数,实现了一个单光子事件产生多个随机比 特位。为减小 所提取原始随机数存在的偏差,提出并实现了基于FPGA的SHA-256后 处理方法。光量子随机源工作在 500kc/s时,平均每个探测光子可提取7bit随机位,获得了3.5Mbit/s的随机位产生速率。运用随机性 测试程序ENT和STS对所获的随机位序列进行测试,测试结果表明,序列的随机性满足真随机 数的标准。

关 键 词:光量子随机源    单光子探测    随机性检测    信息熵
收稿时间:2015/3/14 0:00:00

Multi-bit optical quantum random number generator based on the distribution of single photon pulse amplitude of a photomultiplier tube
YAN Qiu-rong,ZHAO Bao-sheng,ZHAN Hua and LI AO Qing-hong.Multi-bit optical quantum random number generator based on the distribution of single photon pulse amplitude of a photomultiplier tube[J].Journal of Optoelectronics·laser,2015,26(7):1394-1400.
Authors:YAN Qiu-rong  ZHAO Bao-sheng  ZHAN Hua and LI AO Qing-hong
Abstract:This paper proposes and demonstrates an optical quantum random number generator based on distribution of single photon pulse amplitude of a photomultiplier tube.The ligh t emitted from ultraviolet LED is attenuated into discrete single photon sequence.After these photons are detecte d by the photomultiplier tube,the single-photon pulses with random distribution are output.Digital val ues of peaks of these single-photon pulses are used as the entropy sources of random number generation.In order to reduce the bias of the raw extracted random number,the SHA-256post processing method based on FPGA is proposed and implemented.When our designed quantum random number generator works at a counting rate of 500kc/s,7random bits can be extracted on average per detected photon,and a random number generation rate of 3.5Mbit/s is obtained.The random bit sequences are tested by random number test programs ENT and STS.The test res ults show that the generated random bit sequences fully meet the standards of true random numbers.
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