基于孿生光束的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器.pdf

1、隨機(jī)數(shù)在密碼學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值模擬等方面具有重要應(yīng)用。真隨機(jī)性是量子物理的本質(zhì)屬性。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器利用量子事件中固有的隨機(jī)性產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)。目前，報(bào)道過的光量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器主要包括：光子計(jì)數(shù)、衰減脈沖、激光位相噪聲、量子真空起伏、拉曼散射、光學(xué)參量振蕩器等。近年來，一些小組研發(fā)出產(chǎn)碼率為Gbit/s的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器?；诠庾蛹删€路的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器也在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，體現(xiàn)出集成量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的可行性。目前基于光學(xué)參量振蕩器的量子

2、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，主要是利用宏觀光場的位相產(chǎn)生量子隨機(jī)數(shù)。
　　本文實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種基于孿生光束的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的孿生光束存在強(qiáng)度關(guān)聯(lián)和量子糾纏特性。工作于閾值以上的非簡并光學(xué)參量振蕩器，將真空起伏放大，產(chǎn)生兩束偏振正交的孿生光束。用兩個(gè)光電探測器在時(shí)域上分別對兩束孿生光束的強(qiáng)度噪聲直接探測。孿生光束的強(qiáng)度噪聲經(jīng)信號處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為原始的隨機(jī)數(shù)。通過選用合適的后處理方法，我們從中同時(shí)提取出兩列量子隨機(jī)數(shù)。通過對兩列原

3、始隨機(jī)序列做后選擇操作，從中篩選出完全相同的數(shù)據(jù)，并選用合適的哈希算法，我們得到兩列完全相同的量子隨機(jī)數(shù)。產(chǎn)生的量子隨機(jī)數(shù)通過了NIST檢測包的各項(xiàng)測試。該方案體現(xiàn)出通過宏觀光場的強(qiáng)度噪聲產(chǎn)生量子隨機(jī)數(shù)的可行性。
　　本文主要內(nèi)容如下：
　　1.利用工作于閾值以上的非簡并光學(xué)參量振蕩器產(chǎn)生孿生光束，觀察到孿生光束的強(qiáng)度起伏在時(shí)域上存在75％的量子關(guān)聯(lián)。通過合適的后處理算法，從孿生光束的強(qiáng)度噪聲中同時(shí)提取出兩列產(chǎn)碼率為60 M