光通信研究

2020, No.221(05) 1-6

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高速量子随机数产生中的实时并行后处理
Real-Time and Parallel Post-Processing for High-Speed Quantum Random Number Generation

吴明川;成琛;张江江;郭晓敏;郭龑强;

摘要(Abstract):

针对目前串行量子随机数发生器方案中,量子模式提取的信号带宽与数据处理速率之间的权衡在实时产生速率方面造成了瓶颈,文章利用现场可编程门阵列(FPGA)对多个量子边带模式的并行托普利茨(Toeplitz)哈希实时后处理,研究分析了不同规模Toeplitz矩阵的逻辑资源占用,设计了两层并行流水线算法并进行了仿真验证,充分利用FPGA的并行处理优势和硬件资源,最终实现了实时速率8.24 Gbit/s的量子随机数安全后处理。仿真结果表明,量子随机数发生器的熵源具有较好的随机性,经后处理后的随机数自相关系数保持在10~(-4)量级且能通过Diehard测试。通过与集成电路匹配并行提取多个量子边带模式,实现了一种可商业化的高鲁棒性、高速实时量子随机数发生器。

关键词(KeyWords): 量子随机数;现场可编程门阵列;并行实时后处理;量子密码

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金资助项目(61875147,61671316,61731014);; 山西省重点研发计划资助项目(国际科技合作,201903D421049);; 山西省自然科学基金资助项目(201801D221182);; 山西省高等学校科技创新项目资助项目(201802053,2019L0131);; 量子光学与光量子器件国家重点实验室开放课题资助项目(KF201905)

作者(Author): 吴明川;成琛;张江江;郭晓敏;郭龑强;

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DOI:

参考文献(References):

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