论文摘要
随机数广泛应用于信息加密、统计分析和数值模拟等领域,随机数的真随机性是量子密钥分配安全性的基础。基于算法复杂性的伪随机数以及由经典确定论支配的经典物理随机数原则上都不能保证真随机性;而量子随机数的基础是量子力学的概率性本质,具有真随机性。目前很多量子随机数发生器的产生速率不高,无法满足实际使用,研究发现激光器内部源于自发辐射的量子相位噪声可以提供快速的量子随机数产生。在本文中我们对相位噪声的性质进行了详细分析,并对2010年M.Jofre等人的量子随机数产生方案提出了一种改进方案。本文围绕基于激光器相位噪声的随机数产生,重点对以下方面进行了研究:1.对量子相位噪声的性质进行详细分析,说明利用峰值远高于激光阈值而谷值远低于其的陡电脉冲驱动激光器,量子相位噪声将均匀分布于???,??,从而实现了量子随机信号的产生。此改进方案的物理表述更加清晰,在实现并行输出方面具有较好的扩展性。2.针对不等臂M-Z干涉仪相位漂移问题,在进行了隔振和温控措施后,我们提出了连续采样、分组存储、独立模数转换的数据处理方法。与之前的方案相比,成功克服了相位漂移的影响,避免了复杂的主动相位补偿措施。3.重点对量子随机数发生器的数据后处理过程进行了研究,提出了一种新的量化量子随机性的方法,此方法去除了经典噪声的影响,在不需要任何假设条件的情况下,充分保证了随机数的量子力学属性。统计测试和自相关系数都表明这种方法成功提高了采集数据的随机性,实验得到的量子随机数顺利通过了ENT测试和Diehard测试。