高速小型化超辐射QRNG：1.4Gb/s量子随机数生成器

高速小型化光量子随机数发生器（QRNG）是一种利用超辐射发光二极管（Superluminescent Diode, SLD）的放大自发辐射噪声作为量子随机性源的新一代安全设备。这种设计旨在克服传统随机数生成过程中的经典噪声和器件不完美性对随机性的干扰。核心原理是通过在量子熵源的基础上进行优化处理，具体体现在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）中，对每次采集的量子序列中的相邻比特位进行异或操作（XOR operation）。这种方法可以有效地增强随机性，同时减少伪随机性的可能性。 关键步骤包括： 1. **量子熵源**：SLD的放大自发辐射噪声作为量子随机性源头，其随机性源于量子物理的不确定性原理，提供了理想的随机性资源。 2. **最小熵估计**：通过量子熵理论，对量子噪声源的熵进行精确评估，确保产生的随机数具有足够的随机性和不可预测性。 3. **FPGA处理**：在FPGA中实现算法，实时对量子比特序列进行异或操作，这一步骤不仅增强了随机性，还实现了高速处理，提高了随机数的生成速率。 4. **数据筛选**：截取每次采集序列的低12位作为最终随机序列，这既保证了足够的数据量，又降低了噪声的影响。 5. **性能指标**：该QRNG的实时产生速率高达1.4 Gb/s，这意味着它能够高效地生成大量的随机数，足以满足上位机用户端的实时需求。 6. **稳定性与实用化**：该系统具有长时间稳定工作的能力，表明其在实际应用中具有很高的可靠性。其小型化设计使得它在空间占用和集成性方面具有优势，具备良好的实用化潜力。 高速小型化光量子随机数发生器是量子光学与信息技术相结合的产物，它不仅提供了一个高效率、高质量的随机数生成解决方案，还展示了在保证安全性的同时，如何兼顾技术性能和便携性的进步。随着量子技术的发展，这种设备对于加密、安全通信等领域具有重要意义。