基于孿生光束的量子隨機數(shù)發(fā)生器.pdf

1、隨機數(shù)在密碼學(xué)、統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬等方面具有重要應(yīng)用。真隨機性是量子物理的本質(zhì)屬性。量子隨機數(shù)發(fā)生器利用量子事件中固有的隨機性產(chǎn)生真隨機數(shù)。目前，報道過的光量子隨機數(shù)發(fā)生器主要包括：光子計數(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的量子隨機數(shù)發(fā)生器?；诠庾蛹删€路的量子隨機數(shù)發(fā)生器也在實驗中得到了驗證，體現(xiàn)出集成量子隨機數(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)生量子隨機數(shù)。
　　本文實驗實現(xiàn)了一種基于孿生光束的量子隨機數(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。用兩個光電探測器在時域上分別對兩束孿生光束的強度噪聲直接探測。孿生光束的強度噪聲經(jīng)信號處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為原始的隨機數(shù)。通過選用合適的后處理方法，我們從中同時提取出兩列量子隨機數(shù)。通過對兩列原

3、始隨機序列做后選擇操作，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數(shù)。產(chǎn)生的量子隨機數(shù)通過了NIST檢測包的各項測試。該方案體現(xiàn)出通過宏觀光場的強度噪聲產(chǎn)生量子隨機數(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度起伏在時域上存在75％的量子關(guān)聯(lián)。通過合適的后處理算法，從孿生光束的強度噪聲中同時提取出兩列產(chǎn)碼率為60 M