基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109831299A(43)申请公布日2019.05.31(21)申请号201910114315.1(22)申请日2019.02.14(71)申请人南京邮电大学地址210033江苏省南京市新模范马路66号(72)发明人王琴王思刘晨曦李剑(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人王素琴(51)Int.Cl.H04L9/08(2006.01)H04B10/70(2013.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器(57)摘要基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，使用了单模光纤将双光子纠缠对的制备光路和基于POVM的量子随机数生成光路连接在一起，这样可以将两个不同的光路分隔开，相互之间不会有干扰，相比空间光路调节起来更方便。使用了一个可折叠的反射镜，通过是否折叠反射镜来切换投影测量验证EBI违背情况的光路和POVM生成随机数的光路，操作方便，使用灵活。通过对双光子纠缠源执行投影测量，完成了贝尔不等式违背大小的检验，来满足随机数生成过程中对设备无关的要求，实现了设备无关的随机数发生器的制作。采用四输出结果的POVM来生成随机数，通过对双光子纠缠源执行测量，每轮最大可以提取两个比特的随机数，提高了量子随机数的生成效率。CN109831299ACN109831299A权利要求书1/1页1.基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，包括最大纠缠态制备光路、投影测量光路和正定算子测量(POVM)光路，其特征在于：所述最大纠缠态制备光路，包括三明治型BBO晶体，和分为两条光路的A路和B路，两条光路上均依次设有空间补偿晶体和时间补偿晶体；所述的三明治型BBO晶体由两块BBO晶体中间夹着一块半波片构成；其中，BBO晶体为II型β-偏硼酸钡晶体，且二者的所有切割角均相同，且其中一个切割角与满足II型相位匹配的相位匹配角相等且等于42.26度，半波片为角度为45°的真零级半波片；所述投影测量光路，在最大纠缠态制备光路的基础上进行设置；在所述最大纠缠态制备光路前端依次设置激光器、一个I型共线BBO晶体和一个透镜，在所述最大纠缠态制备光路的B路后端依次设置四分之一波片、半波片、偏振分光棱镜PBS、耦合透镜和单光子探测器，在A路后端依次设置两个相配合的耦合透镜、可折叠的反射镜、四分之一波片、半波片、偏振分光棱镜PBS、耦合透镜和单光子探测器；所述正定算子测量光路，包括两个Sagnac环，Sagnac1和Sagnac2，均由1个PBS、3个反射镜和2个半波片组成；在每个环中，顺时针与逆时针的光路通过3个反射镜来调节光程，使得顺逆时针光路的光程相等并且完全重合在PBS上，环内的顺时针和逆时针两路光路中分别放置一个特定角度的半波片，保证级联的Sagnac干涉环中的四路输出为等概率输出；Sagnac1有两路输出，一路经反射镜从输出端口1输出，另一路经反射镜和-22.5度半波片作为Sagnac2的输入进入Sagnac2；Sagnac2有两个输出，一路经反射镜从输出端口2输出，另一路经反射镜反射后，依次经过7.5度半波片、45度四分之一波片以及PBS分成两路输出，分别为输出端口3和输出端口4；所述四个输出端口均设有耦合透镜和单光子探测器；所述投影测量光路在A路的两个耦合透镜之间设有一个可折叠的反射镜，可产生一条新的光路进入所述正定算子测量光路。2.根据权利要求1所述的基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，其特征在于：所述最大纠缠态制备光路中，所述空间补偿晶体为LiNbO3晶体，两个空间补偿晶体，其分别对所述两个非线性晶体出射的下转换光束进行空间补偿，使其在空间上不可区分；所述时间补偿晶体是YVO4晶体，两个时间补偿晶体，其分别对所述两个非线性晶体出射的下转换光子进行时间补偿，使其在时间上不可区分。3.根据权利要求1所述的基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，其特征在于：第一个Sagnac干涉环中的半波片的角度分别为-22.5度和0度；第二个Sagnac干涉环中的半波片的角度分别为27.37度和90度。4.根据权利要求1所述的基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，其特征在于：所述的两个级联的Sagnac干涉环中的两个PBS规格均为25.4*25.4*25.4mm，且消光比均大于1000:1。5.根据权利要求1所述的基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器，其特征在于：所述激光器1采用锁模钛宝石激光器，脉宽100fs，重复频率80MHz，中心波长780nm，将激光器功率降到19mw，以降低噪声。2CN109831299A说明书1/5页基于正定算子测量的设备无关量子随机数发生器技术领域[0001]