《基於真空態量子漲落的高速量子隨機數產生的研究》是依託太原理工大學，由郭曉敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於真空態量子漲落的高速量子隨機數產生的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭曉敏
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
快速真隨機數發生器是密碼學系統和絕對安全保密通訊的重要基礎。基於光場真空態量子噪聲提取的量子隨機數具有資訊理論可證明的隨機性和不可能被複製或關聯操控的特性，在量子密碼學系統中具有重要的套用前景。然而，目前國內外報導的真空量子隨機數發生器其產生速率尚比較低。本項目提出在真空量子隨機數產生過程中，通過提高系統中量子噪聲引入的熵含量和增加採樣量化比特位的途徑提高量子隨機數的產生速率。本項目主要研究：（1）通過對相空間中的真空態施加高斯分布的平移作用以實現真空態正交振幅分量噪聲在相空間中的放大，提高系統中量子噪聲引入的熵含量，增加數據後處理中可提取的真隨機比特；（2）通過增強平衡零拍探測系統的本底光提高探測系統對真空噪聲的敏感度，放大真空噪聲的測量值，使真空噪聲統計分布的分幀量，即採樣量化比特位顯著增加。通過這些研究，實現真空量子隨機數產生速率的有效提高，為製備高速量子隨機數發生器提供新的手段。
結題摘要
隨機數廣泛套用於數學模擬、統計抽樣、博彩、身份認證、網路交易、電子銀行、經典及量子保密通信等領域，特別是對國家信息安全起著至關重要的作用， 如，隨機碼發生器是加密技術的關鍵，從根本上決定著的通信系統的隱私和安全。本項目研究以無限頻寬真空量子噪聲為隨機熵源，產生隨機性資訊理論可證明、不可被複製或關聯操控的真隨機數，面向實際套用，實現實時、高速、穩定集成的量子隨機碼發生器。 基於本項目支持首先研究了真空基量子隨機數產生方案中量子熵含量的有效提高，量子熵含量是量子隨機數品質和量子隨機碼產率的決定因素，我們綜合分析了量子隨機數產生系統的各個影響因素：經典邊信息、量化動態範圍、本底增益和電子學增益，在理論計算分析的基礎上，提出在最最佳化量化動態範圍的前提下通過提高本底增益而有效提高系統量子熵含量，實驗上實現了85.3%的真隨機提取比率，為將來實用化的高速、高安全性量子隨機數發生器的實現提供了切實可行的方案。 隨後進行了面向高速密鑰分發的混沌光場量子統計特性的研究，完成了混沌光場二階相干度的高精度測量，獲得了不同動力學狀態下對應的光場高階相干度的理論和實驗結果，重構出光場的機率分布，給出最佳隨機性狀態的條件，得出高速密鑰分發過程中光源工作的最佳條件，並經過協商糾錯和保密處理，將誤碼率降到10^(-10)量級，達到光纖通信要求。上述研究成果為混沌光場保密通信、隨機密鑰產生的進一步研究奠定了良好的基礎。 目前的延續性研究工作中，我們致力於面向實際套用的10Gbps級計量標準量子隨機數發生器的研究，現已實現3Gbps的實時量子隨機數產生，相關工作將於近期整理髮表。後續將通過量子多模分量提取的方法成倍提高量子隨機數產生速率，並將實現高熵高速量子隨機數發生器的集成化和小型化，為其將來在保密通信領域的實際套用和成果轉化提供條件。
