基于光放大器的量子随机数发生器

摘要

量子随机数是真随机数,在科学研究领域有着非常重要的作用.本文提出并分析了一种新的量子随机数产生机制,即通过测量经过光放大器后的真空态量子噪声来产生量子随机数.真空态量子噪声已经被证明是真随机的,通过测量其分量,可以从中抽取随机比特,但这样产生的随机比特有限,而经过光放大器后的真空态,其分量都会被放大,因此可以获得更多的随机比特.本文使用香农熵来描述量子随机数的随机性,进一步还研究了光放大器件的增益,采样量化比特长度,总的熵,量子噪声熵,最终的随机数产生速率之间的关系.分析结果表明,对于特定的光放大器增益,采样量化比特长度有一个拐点,低于这个拐点,量子噪声熵线性增长;高于这个拐点,量子噪声熵不会显著提高,而其编码复杂度大大提高.对于特定的采样量化比特长度,光放大器件的增益存在一个拐点,高于这个拐点,量子噪声熵不会显著提高.因此选择合适的光放大器增益,采样量化比特长度,可以比测量真空态量子噪声获得更高的随机数产生速率,又不会使系统特别复杂.