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使用线性光耦合器的紧凑型量子随机数生成

Compact quantum random number generation using a linear optocoupler.

作者信息

Hu Ying-Ying, Ding Yu-Yang, Wang Shuang, Yin Zhen-Qiang, Chen Wei, He De-Yong, Huang Wei, Xu Bing-Jie, Guo Guang-Can, Han Zheng-Fu

出版信息

Opt Lett. 2021 Jul 1;46(13):3175-3178. doi: 10.1364/OL.430043.

DOI:10.1364/OL.430043
PMID:34197409
Abstract

To date, various quantum random number schemes have been demonstrated. However, the cost, size, and final random bit generation rate usually limits their wide application on-shelf. To overcome these limitations, we propose and demonstrate a compact, simple, and low-cost quantum random number generation based on a linear optocoupler. Its integrated structure consists mainly of a light emitting diode and a photodetector. Random bits are generated by directly measuring the intensity noise of the output light, which originates from the random recombination between holes of the p region and electrons of the n region in a light emitting diode. Moreover, our system is robust against fluctuation of the operating environment, and can be extended to a parallel structure, which will be of great significance for the practical and commercial application of quantum random number generation. After post-processing by the SHA-256 algorithm, a random number generation rate of 43 Mbps is obtained. Finally, the final random bit sequences have low autocorrelation coefficients with a standard deviation of 3.16×10 and pass the NIST-Statistical Test Suite test.

摘要

迄今为止,已经展示了各种量子随机数方案。然而,成本、尺寸和最终的随机比特生成速率通常限制了它们在实际中的广泛应用。为了克服这些限制,我们提出并展示了一种基于线性光耦合器的紧凑、简单且低成本的量子随机数生成方法。其集成结构主要由一个发光二极管和一个光电探测器组成。通过直接测量输出光的强度噪声来生成随机比特,该强度噪声源于发光二极管中p区空穴与n区电子之间的随机复合。此外,我们的系统对工作环境的波动具有鲁棒性,并且可以扩展为并行结构,这对于量子随机数生成的实际和商业应用具有重要意义。经过SHA-256算法后处理,获得了43 Mbps的随机数生成速率。最后,最终的随机比特序列具有低自相关系数,标准差为3.16×10,并通过了NIST统计测试套件测试。

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