本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种基于光强涨落的量子随机数生成器。
背景技术：
在现代社会中，随机数在经济、科学、国防、工业生产等各个领域扮演着重要的角色。具体而言，在统计分析、工业和科学领域的仿真、密码学、生活中的博彩业等各方面，随机数都有非常重要的应用。
经典的随机数生成方法只能产生伪随机数。例如，现有技术中的经典的随机数生成方法往往是基于某些确定的算法来生成随机数，但是这种基于算法的软件方法只能产生伪随机数。从其生成原理上来看，伪随机数实际上只是“看起来像”是一个随机数，也就是说，以现在的科学技术水平，在有限的时间内，只有非常小的可能性区分出伪随机数和真随机数的不同。但是，从本质上来说，伪随机数和真随机数的熵是不同的。因此，这些伪随机数实际是可以被预测的，而并不是真正的随机数。所以，在一些特定的领域或实际使用场景(例如，在安全通讯、量子通信等要求保证绝对安全的领域等)，这种伪随机数是不安全的，不能直接使用伪随机数。
现有技术中还有根据物理过程的随机性的随机数生成器。例如，使用电子元件的噪音、核裂变宇宙噪声、电路的热噪声、放射性衰变等物理过程来生成随机数的随机数生成器。使用这种方式生成的随机数虽然不会随着计算能力的发展而产生风险，但是由于它们仍然是经典系统，所述生产的随机数的随机性并无法从本质上得到保证。
现有技术中还提出了量子随机数生成器。该量子随机数生成器是根据量子力学的基本原理来生成量子随机数，该量子随机数是一种真随机数。现有技术中已经提出了很多的量子随机数生成器方案，例如，利用单光子探测、量子非局域性的随机数生成器都已经实验成功。同时，商业量子随机数生成器，例如基于单光子探测的id-quantique随机数生成器，也已经进入市场。
现有技术中的量子随机数生成器，主要是采用将已知源直接进行量子测量的方法，来产生由量子力学原理保障的真随机数。例如，基于单光子探测的id-quantique随机数生成器，是通过发光二极管向半透半反的镜子发射单光子，并由两个单光子探测器来分别检测被透射或被反射的光子。由于一个单光子会被透射还是会被反射在本质上是一个量子效应，因而所得到的量子随机数是一种真随机数。
然而，在已有的量子随机数生成方法中，由于光源产生光子的速率较慢、量子光源的线宽较窄导致相干时间长等原因，使得现有技术中的量子随机数的生成速率受到了很大限制，而且探测器的可靠采样速率也较低。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种基于光强涨落的量子随机数生成器，从而可以利用光强涨落生成随机数，有效地提高探测器的可靠采样速率，大大提高量子随机数的产生速率。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种基于光强涨落的量子随机数生成器，该量子随机数生成器包括：超发光二极管光源、光子探测器、电流放大器和模数转换器；
所述超发光二极管光源，用于生成光强具有量子涨落的信号光，并将信号光输出至光子探测器；
所述光子探测器对接收到的信号光进行采样，得到电流信号，并将得到的电流信号输出至电流放大器；
电流放大器对接收到的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号输出至模数转换器；
所述模数转换器，用于将接收到的电流信号转换成离散的数字信号并输出。
较佳的，所述量子随机数生成器还进一步包括：后处理器；
所述后处理器与所述模数转换器连接，用于对所述数字信号进行后处理，生成处理后的数字信号。
较佳的，所述量子随机数生成器还进一步包括：存储器；
所述存储器与所述后处理器连接，用于存储所述后处理器输出的处理后的数字信号，从而可以存储所生成的量子随机数。
如上可见，在本发明中的基于光强涨落的量子随机数生成器中，由于使用了上述的超发光二极管光源、光子探测器、电流放大器和模数转换器，因此可以利用超发光二极管光源的自发辐射过程中所产生的光强的量子涨落以产生随机数。而且，由于超发光二极管光源的自发辐射强度很高，通过一次测量就可以获得较多的随机数，从而可以有效地增加随机数产生率，以比较高的码率产生随机数。另外，由于超发光二极管光源的出射光的线宽较宽，相干时间短，所以光子探测器的采样频率可以较快，从而可以有效地提高量子随机数的产生速率。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于光强涨落的量子随机数生成器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的基于光强涨落的量子随机数生成器的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的基于光强涨落的量子随机数生成器包括：
超发光二极管(super-luminescentemittingdiode，sled)光源11、光子探测器12、电流放大器13和模数转换器14；
所述超发光二极管光源11，用于生成光强具有量子涨落的信号光，并将信号光输出至光子探测器12；
所述光子探测器12对接收到的信号光进行采样，得到电流信号，并将得到的电流信号输出至电流放大器13；
电流放大器13对接收到的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号输出至模数转换器14；
所述模数转换器14，用于将接收到的电流信号转换成离散的数字信号并输出。
上述所述模数转换器14所输出的离散的数字信号即可作为量子随机数或量子随机数的原始数据。
另外，在本发明的技术方案中，考虑到实际应用环境中，上述的量子随机数生成器中有可能由于周围环境的影响而引入一些经典的随机性，使得窃听者有可能窃取该部分的随机性，因此，还可以进一步考虑对模数转换器所输出的数字信号进行后处理，以消除偏置项、消除相邻随机数之间的关联，进一步提高所得到的数字信号的随机性。
例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述量子随机数生成器还可以进一步包括：后处理器(图中未示出)；
所述后处理器与所述模数转换器14连接，用于对所述数字信号进行后处理，生成处理后的数字信号。
通过上述的后处理器，可以对模数转换后的数字信号进行后处理，将可能被引入量子随机数生成器中的经典随机性从总的随机性内剔除掉，从而得到真正的量子随机数(即处理后的数字信号)。
另外，在本发明的技术方案中，上述的后处理器可以使用本领域中常用的对数字信号进行后处理的后处理设备，因此在此不再赘述。
此外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述量子随机数生成器还可以进一步包括：存储器(图中未示出)；
所述存储器与所述后处理器连接，用于存储所述后处理器输出的处理后的数字信号，从而可以存储所生成的量子随机数。
由上可知，在本发明的上述量子随机数生成器中，使用了超发光二极管光源作为光源。超发光二极管光源是由二极管中的pn结中电子-空穴对的结合，通过自发辐射而产生光子，然后再经由增益介质进行宽频带的受激辐射进行光强放大，从而完成放大自发辐射(amplifiedspontaneousemission)的过程。相对于普通的激光二极管(laserdiode,ld)光源，超发光二极管光源中没有光学谐振腔进行反馈放大的过程，从而使得其自发辐射强度很高，光子探测器接收到的信号光的强度较大，通过一次测量就可以获得较多的随机数，因此使得所生成的随机数较多；而且，由于超发光二极管光源的出射光的线宽较宽，相干时间短，所以光子探测器的采样频率可以较快，从而可以有效地提高量子随机数的产生速率。而超发光二极管光源的自发辐射过程中所产生的光强具有量子涨落，从而可以确保上述基于光强涨落的量子随机数生成器所生成的随机数的量子随机性。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于使用了上述的超发光二极管光源、光子探测器、电流放大器和模数转换器，因此可以利用超发光二极管光源的自发辐射过程中所产生的光强的量子涨落以产生随机数。而且，由于超发光二极管光源的自发辐射强度很高，通过一次测量就可以获得较多的随机数，从而可以有效地增加随机数产生率，以比较高的码率产生随机数。另外，由于超发光二极管光源的出射光的线宽较宽，相干时间短，所以光子探测器的采样频率可以较快，从而可以有效地提高量子随机数的产生速率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。