连续变量源无关量子随机数发生器研究
发布时间：2021-10-17 17:01
量子随机数发生器利用量子随机过程的内禀随机性进行随机数制备,理论上可生成不可预测的真随机数序列。其中,基于测量真空涨落噪声的连续变量量子随机数发生器具有随机数生成速率高、系统复杂度低、易芯片化集成等优势,在系统产业化等方面优势突出,是近年来量子随机数发生器相关研究的热点。近期,基于测量真空涨落噪声的连续变量量子随机数发生器在系统实现方面不断突破,从最初的平台演示系统走向芯片级系统,并逐步向实际应用探索发展。然而,基于实际非理想器件构建的量子随机数发生器不可避免地存在安全性漏洞,对实际器件进行建模分析并规避它们的影响至关重要。特别地,随机源作为系统中最为复杂的模块,使用者难以提前对其完美建模或监控其是否受窃听者所操控。连续变量源无关量子随机数发生器协议通过信任检测设备,得以放松对随机源设备的安全性要求,从而保证在源设备不可信的条件下仍能制备安全的随机数。当前,连续变量源无关量子随机数发生器聚焦于测量真空涨落噪声方案,采用零差检测和外差检测两种测量系统。其中,基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器由于其结构较为简洁的优势,近年来受到较多关注。值得注意的是,由于连续变量源无关量子随机数...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１：考虑量子存储的三方物理模型示意图
?第二章连续变量源无关量子随机数发生器基础知识???＼?＿?Ｊ?＇ＶＢＨＤ?＿??Ｕｎｔｒｕｓｔｃｄ?Ｓｏｕｒｃｅ?Ｔｒｕｓｔｅｄ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?Ｐｏｓｔ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ??图２－２：基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器的基本框架。其中，ＢＨＤ：平零拍才罙??测器，ＡＤＣ：模数转换器。??时，等号成立。’?？??贝ＩＪ该函数满足以下不等式／（“ｆｉ）２／（＾ｓ），其中，是与以Ｂ具有相同协方??差矩阵的高斯态。??２．４连续变量源无关量子随机数发生器协议介绍??基于离散变量的源无关量子随机数发生器同样通过信任测量设备，可以实现安??全性与源设备无关的随机数的制备但离散变量类协议固有的一些特性限制了它??的发展。首先，已有的技术难以实现理想单光子的制备，实际实验时通常采用经过衰??减之后的微弱激光，从根本上来说系统所使用的是相干态而非单光子态［８｜＿８３］。其次，??现有的单光子探测器同样受现有技术水平的限制，无法实现真正的单光子探测，实际??上仅能以一定的概率判断是否有光子；同时，雪崩二极管虽然在成本上有较大优势，??但由于其需要工作在盖格模式的特性限制了其探测速率的提升，超导探测器的研究??在近几年不断突破，逐渐发展成为一种探测性能优越的单光子探测设备，然而其工作??时所必须的大体积制冷装置不可避免地限制其进一步推广使用。为了克服离散变量??源无关量子随机数发生器所面临的上述问题，基于现有成熟商用的光通信技术和设??备，通过引入连续变量源无关量子随机数发生器协议，为解决克服上述问题提供了一??条新的路径。??目前，主流的基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器的基本框架如??
?备??－?＾??Ｔｉ，ｇ＝ｔ［ｊ－１＋ｇ：ｇ］＜?（９＝〇．ｉＧ－ｉ）．??????＾??ｕｉｉｇ＝Ｔｉ，ｇ＊Ｄｉ，ｇ＊（ｇ＝〇．１”．．．Ｇ－１）?ｊ??■???ｌ??＇Ｖ??Ｕｉ?＝Ｕｉ，〇ｅＵｉ，ｌ，”０Ｕｉ，Ｇ－ｌ??Ｙ?＾?Ｎ??ｆ?—?ｔ???ｉ?—?＇??Ｚｉ＋１?＝Ｕｉ?０?Ｚｉ?Ｚｉ＋１?＝?Ｚｉ??１?Ｉ??Ｉ?￣＇￣??ｉ＝ｉ＋ｌ??＝ｋ／Ｇ?ｔ＞＞Ｇ?—??ＶＩ??ｏｕｔｐｕｔ?ｄ?＝?Ｚｋ／Ｇ＿ｉ??图３－６：基于异或运算的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ随机提取算法的具体实现流程。??通过图３－６对算法的详细实现流程进行说明。系统首先调用ｊ?＋?ｆｃ?－?１比特的随??机比特用作随机数种子，记为由于Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵的特殊性质，截取？的低ｙ比特，??可获得Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵的第一列向量，将ｆ右移１位，仍然截取＾的低＿／比特，可获得??Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵的第二列向量，以此类推。??实际系统运行时，单个运行时钟可依据上述寄存器移位的形式获取Ｇ个相邻的??列向量，用于构成一个子列向量组。将ＴｏｅｐＵｔｚ矩阵的相邻Ｇ个列向量所构成的子列??向量组定义为７；ｇ＝心一?１＋ｇ?：?ｇ］，其中，／的取值为０，?１，?２，…，ｆｃ／Ｇ－１，表示所??对应子列向量组在／ｃ／Ｇ个时钟中所对应的序号，ｇ的取值为０，１，２，…，Ｇ－１，表??示所对应列向量在其所在的子列向量组中所对应的序号。此时，对于总列数为女的??Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵，女／（？个子列向量组即可构造出所需的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵。对应地，可以将输??入的＆比特原始随机比特序列等分为＆／Ｇ个长度为Ｇ的子向量，
本文编号：3442114
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１：考虑量子存储的三方物理模型示意图
?第二章连续变量源无关量子随机数发生器基础知识???＼?＿?Ｊ?＇ＶＢＨＤ?＿??Ｕｎｔｒｕｓｔｃｄ?Ｓｏｕｒｃｅ?Ｔｒｕｓｔｅｄ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?Ｐｏｓｔ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ??图２－２：基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器的基本框架。其中，ＢＨＤ：平零拍才罙??测器，ＡＤＣ：模数转换器。??时，等号成立。’?？??贝ＩＪ该函数满足以下不等式／（“ｆｉ）２／（＾ｓ），其中，是与以Ｂ具有相同协方??差矩阵的高斯态。??２．４连续变量源无关量子随机数发生器协议介绍??基于离散变量的源无关量子随机数发生器同样通过信任测量设备，可以实现安??全性与源设备无关的随机数的制备但离散变量类协议固有的一些特性限制了它??的发展。首先，已有的技术难以实现理想单光子的制备，实际实验时通常采用经过衰??减之后的微弱激光，从根本上来说系统所使用的是相干态而非单光子态［８｜＿８３］。其次，??现有的单光子探测器同样受现有技术水平的限制，无法实现真正的单光子探测，实际??上仅能以一定的概率判断是否有光子；同时，雪崩二极管虽然在成本上有较大优势，??但由于其需要工作在盖格模式的特性限制了其探测速率的提升，超导探测器的研究??在近几年不断突破，逐渐发展成为一种探测性能优越的单光子探测设备，然而其工作??时所必须的大体积制冷装置不可避免地限制其进一步推广使用。为了克服离散变量??源无关量子随机数发生器所面临的上述问题，基于现有成熟商用的光通信技术和设??备，通过引入连续变量源无关量子随机数发生器协议，为解决克服上述问题提供了一??条新的路径。??目前，主流的基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器的基本框架如??
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