利用多个光源的基于量子噪声的随机数生成设备的制作方法

本公开涉及具有利用多个光源控制光信号的空间强度分布使其均匀的功能的随机数生成设备，更具体地，涉及一种能够使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的空间强度分布均衡的随机数生成设备。

背景技术

在诸如安全、科学计算、游戏和彩票的各种领域中需要随机数。目前，在大多数情况下，代替真随机数使用基于算法生成的伪随机数。

然而，由于伪随机数具有特定模式，所以很有可能通过观察长时间生成的伪随机数的位串来检测伪随机数的特定模式，因此显著损害作为随机数的基本性质之一的不可预测性。特别是，在诸如用于加密通信的安全领域中使用伪随机数导致非常严重的安全漏洞问题。

为了解决上述问题，已进行了各种研究来开发生成真随机数而非伪随机数的真随机数生成器。利用量子现象来生成真随机数的量子随机数生成器是利用存在于自然现象中的完全随机性来生成随机位串的技术。

作为用于配置量子随机数生成器的一种方法，可考虑使用与光源的光子数的不确定性有关的散粒噪声的方法。光源的光子数的不确定性是由光的粒子性导致的。

在实现基于关于光子数的散粒噪声(或量子散粒噪声)(是光源中的最基本的噪声源之一)生成随机数的随机数生成设备方面，最近引入了使用通常用于相机模块的图像传感器(例如，互补金属氧化物半导体(cmos)传感器或电荷耦合器件(ccd)传感器)的技术(参见期刊：physicalreviewx,4,031056(2014))。

然而，通常，输入到相机模块的图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度值不均匀。因此，用于对来自各个像素的输出值进行修正的后处理算法必然复杂，因此导致难以实现随机数生成设备。

详细地，基于散粒噪声(或量子散粒噪声)的随机数生成器使用在指定量的时间内在各个像素中累积的光强度值作为随机数，并且随机性源于这些光强度值的波动。特别地，由于在指定时间内在各个像素中累积的光强度值具有泊松分布，所以光强度值的均值和方差具有线性比例关系。因此，作为波动的度量的方差由均值确定，并且各个像素中的随机性最终取决于光强度值的均值。因此，为了使图像传感器的各个像素具有相同的随机性，重要的是使输入到各个像素的时间平均光强度值均衡。

作为参考，当使用图像传感器测量输入到图像传感器的光信号的强度时，各个像素输出与在预定时间期间输入到像素的累积光子数的值对应的信号。这里，时间平均光强度值是指通过在不同的时间将光信号强度的测量在预定时间内重复足够次数而获得的输出信号的均值。

即，当使用包括多个像素的图像传感器时，输入到各个像素的时间平均光强度值的分布与光源的空间光强度分布对应，并且为了保证所有像素的优异随机性，输入到各个像素的时间平均光强度值优选是均匀的。

因此，本公开提出了一种利用多个光源来使输入到图像传感器的光的空间强度分布均衡的方法。详细地，本公开提出了一种通过适当地对称设置多个光源来使输入到图像传感器的各个像素的时间平均光强度值均衡的方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题而做出本公开，本公开的一方面在于提供一种随机数生成设备，其能够利用多个光源来使输入到图像传感器的各个像素的时间平均光强度值均衡。

根据本公开的一个示例性实施方式的随机数生成设备包括：至少两个光源；光检测单元，其被配置为包括至少一个像素以检测从所述至少两个光源辐射的光信号；以及随机数生成单元，其被配置为利用通过像素检测的光量的量子噪声来生成随机数，其中，所述至少两个光源可关于光检测单元对称地设置以便当分别从所述至少两个光源辐射的光信号合并以被输入到像素时，使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

具体地，所述至少两个光源可关于光检测单元以最小距离对称地设置，以使光信号的时间平均光强度值均衡。

具体地，当所述至少两个光源被设置在设置有光检测单元的基板上时，所述至少两个光源可被设置在距光检测单元相同的距离处。

具体地，所述至少两个光源的设置位置可被调节并且所述至少两个光源中的至少一个的电流可被控制，以便使光信号的时间平均光强度值均衡。

具体地，分别从所述至少两个光源辐射的光信号的时间平均光强度值中的每一个可由所述光源的至少一个分布特性确定，并且所述至少两个光源当中成对称关系的光源之间的距离也可基于所述至少一个分布特性来确定。

具体地，当所述分布特性是高斯分布时，成对称关系的光源之间的距离可以是所述高斯分布的标准偏差的两倍。

具体地，该随机数生成设备还可包括盖，该盖被配置为反射从所述至少两个光源辐射的光信号。

具体地，该随机数生成设备还可包括光漫射单元，该光漫射单元被配置为漫射光信号以便使光信号的时间平均光强度值均衡。

根据本公开的另一示例性实施方式的随机数生成设备包括：至少一个光源；光检测单元，其被配置为包括至少一个像素以检测从所述至少一个光源辐射的光信号；以及光漫射单元，其被配置为当从所述至少一个光源辐射的光信号被输入到像素时漫射光信号以便使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

具体地，该随机数生成设备还可包括随机数生成单元，该随机数生成单元被配置为利用通过像素检测的光量的量子噪声来生成随机数。

具体地，光漫射单元可具有漫反射性质并且可被设置在所述至少一个光源与光检测单元之间。

具体地，所述至少一个光源可分别开启/关闭，并且当通过控制所述至少一个光源中的一些以使其开启，各个像素中的随机性具有基准质量或以上时，其它光源可被控制以关闭。

具体地，当光源的数量为两个或更多个时，所述两个或更多个光源可关于光检测单元对称地设置以便使光信号的时间平均光强度值均衡。

根据本公开的另一示例性实施方式的随机数生成设备包括：至少两个光源；一个或更多个光检测单元，其被配置为包括至少一个像素以检测从所述至少两个光源辐射的光信号；以及随机数生成单元，其被配置为利用通过像素检测的光量的量子噪声来生成随机数，其中，所述至少两个光源可关于光检测单元对称地设置，或者光漫射单元可被设置在所述至少两个光源与光检测单元之间，以便当分别从所述至少两个光源辐射的光信号被输入到像素时使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

因此，根据本公开的具有利用多个光源来均匀地控制光信号的空间强度分布的功能的随机数生成设备能够使输入到图像传感器的各个像素的时间平均光强度值均衡。

附图说明

图1示出配置随机数生成设备的基本原理；

图2示出以芯片形式制造随机数生成设备所考虑的基本配置方法；

图3示出以芯片形式制造随机数生成设备所考虑的另一配置方法；

图4示出随机数生成设备检测光量的示例；

图5是示出多个光源的配置的电路图；

图6示出根据本公开的示例性实施方式的基于第一配置方法形成的随机数生成设备的配置；

图7示出根据本公开的示例性实施方式的随机数生成设备的布局结构的示例以及均匀地输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度分布的示例；

图8是示出根据本公开的示例性实施方式的随机数生成设备利用均匀地输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值来生成随机数的流程图；

图9和图10示出根据本公开的示例性实施方式的随机数生成设备的布局结构的另一示例以及均匀地输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度分布的另一示例；

图11示出根据本公开的示例性实施方式的基于第二配置方法形成的随机数生成设备的配置；

图12示出根据本公开的示例性实施方式的随机数生成设备的布局结构的另一示例；以及

图13示出根据本公开的示例性实施方式的用于独立地控制多个光源的电路配置。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本公开的实施方式。在向各个附图中的元件添加标号时，如果可能，相同的元件将由相同的标号指代，尽管它们被示出于不同的附图中。此外，在本公开的以下描述中，本文中所包含的已知功能和配置的详细描述在被确定为可能使本公开的主题不清楚时将被省略。

本公开涉及一种能够使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的空间强度分布均衡的随机数生成设备(以下称为“量子随机数生成设备”)。

量子随机数生成设备均匀地检测作为在预定时间期间从光源辐射并输入到各个像素的光信号的光强度值的光量。随后，量子随机数生成设备基于关于所检测到的光量的散粒噪声(或量子散粒噪声)来生成真随机数(以下称为“随机数”)。

量子随机数生成设备可以是量子随机数生成器(qrng)。量子随机数生成设备可按照设备、模块和芯片形式提供，但不限于此。相反，量子随机数生成设备可按照各种形式提供。

本公开涉及用于改进量子随机数生成设备的性能的硬件配置。特别是，本公开涉及一种能够优化光源以及检测光信号的组件(例如，图像传感器)的部署以使从光源辐射并输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的量子随机数生成设备。

本公开可包括在制造量子随机数生成设备方面以芯片形式实现小型化和批量生产的硬件配置。特别是，本公开可包括在制造量子随机数生成设备时将光源设置在芯片中的方法。

在详细描述本公开之前，参照图1至图3简要描述制造随机数生成设备的基本方法。

首先，参照图1描述配置随机数生成设备的基本原理。

如图1所示，随机数生成设备通过检测单元20来检测从光源10辐射的光信号。随机数生成设备利用关于所检测的光量的光子数的散粒噪声(或量子散粒噪声)来生成随机数30。与图1相似的技术在physicalreviewx,4,031056(2014)中有所提及。

光源10辐射光子，例如，可连续地辐射包括多个光子的光信号。

光源10可以是诸如激光的相干光或者诸如发光二极管(led)的混沌光。当led用作光源10时，为了维持量子噪声性质，优选在设定的阈值范围内对光源施加最佳水平的电流。

检测单元20可以是例如安装有图像传感器21的相机模块，并且可利用所检测的光量的量子噪声来生成随机数30。

这里，图像传感器21包括互补金属氧化物半导体(cmos)传感器、电荷耦合器件(ccd)传感器等。图像传感器21可包括能够检测从光源辐射的光信号的其它传感器。

检测单元20利用放大器22来放大在图像传感器21中按指定的时间累积的电流/电压并通过模数转换器(adc)23输出数字值，其中数字化的输出对应于随机数30。

当根据配置随机数生成设备的基本原理生成随机数30时，在指定时间期间在图像传感器21的各个像素中累积的光强度值具有泊松分布，因此光强度值的均值和方差具有线性比例关系。因此，作为波动的度量的方差由均值确定，并且各个像素中的随机性最终取决于光强度值的均值。因此，为了使图像传感器21的各个像素具有相同的随机性，重要的是使输入到各个像素的时间平均光强度值均衡。

即，来自图像传感器21的各个像素的输出值与输入到各个像素的光强度对应。因此，当输出值的统计特性根据各个像素而变化时，用于对来自各个像素的输出值进行修正的后处理算法需要较复杂。此外，与另一像素相比从指定的像素可能更频繁地生成相同的随机数，以使得所有像素难以维持良好的随机性。

因此，为了降低实现随机数生成设备的复杂度并从各个像素生成优质的随机数，关键是使对随机数生成设备的总体性能导致显著影响的从光源辐射并输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

然而，尽管对输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度值进行均衡非常重要，通常提出仅简化pcb配置的方法来克服用于小型化的随机数生成设备的硬件尺寸限制。

以下，描述根据配置随机数生成设备的上述基本原理以芯片形式制造随机数生成设备时所考虑的方法。

根据以芯片形式制造随机数生成设备时所考虑的第一配置方法，如图2所示，光源10和图像传感器21可被设置成彼此面对。

为了根据第一配置方法制造随机数生成设备，随机数生成设备需要被配置为使得从光源10辐射的光信号被尽可能广地漫射。此外，为了允许图像传感器21中数量尽可能多的像素检测到相似的光量值，需要限制光源10与图像传感器21之间的距离，或者限制图像传感器21的尺寸。

此外，由于需要单独地使用用于设置光源10的顶部pcb40和用于设置图像传感器21的底部pcb50，所以制造工艺复杂，从而难以实现成本降低和小型化。

即，第一配置方法使得难以简化随机数生成设备的基板配置。

根据依据配置随机数生成设备的上述基本原理以芯片形式制造随机数生成设备时所考虑的第二配置方法，可考虑图3所示的配置，其中光源10和图像传感器21被设置在单个基板60上并且增加单独的光波导70。physicalreviewx,4,031056(2014)的作者在qcrypt2014中介绍了与图3相似的技术。

然而，增加了光波导70的第二配置方法具有复杂的制造工艺并且导致成本增加。此外，预期此方法具有这样的限制：其无法使从光源10辐射并输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

因此，本公开提出了能够实现量子随机数生成设备的小型化和批量生产并且使从光源辐射并输入到图像传感器的各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的硬件配置。特别是，由于量子随机数生成设备可按照芯片形式实现，所以本公开提出了一种将光源设置在芯片中的方法。

以下，首先参照图4至图6详细描述根据本公开的示例性实施方式的使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的量子随机数生成设备的基本原理。这里，为了描述方便，假设光源是led。

在图4中，使用一个光源10来配置量子随机数生成设备。

在利用一个光源10配置量子随机数生成设备时，当从光源10辐射光信号时，基于从光源辐射的光信号的空间强度分布来确定输入到图像传感器21的各个像素的时间平均光强度值。这里，输入到设置在空间不同的位置处的各个像素的时间平均光强度值的空间分布根据光学装置处理方法而显著变化。时间平均光强度值的空间分布可表示为高斯分布和、余弦功率和等。相关技术在opticsexpress(第16卷，第3期，第1808页，2008年2月)有所提及。然而，由于空间分布在许多情况下遵循具有一个峰值的高斯分布，所以参考高斯分布为例进行以下描述。

平均来说，图像传感器21中与高斯分布的中心轴线80对应设置的至少一个像素pi1根据中心轴线80上的高斯分布接收最大光量。即，最大时间平均光强度值被输入到像素pi1。然而，根据关于中心轴线80对称地减小的高斯分布，随着与中心轴线80的距离增加，像素pi1以外的像素pi2接收逐渐减小的光量。

因此，输入到图像传感器21的各个像素的光信号的时间平均光强度值不同，因此平均来说，各个像素检测到不同的光量。

因此，利用一个光源10配置的量子随机数生成设备具有这样的问题：由于光信号的时间平均光强度值遵循高斯分布，所以无法使输入到图像传感器21的各个像素pi1和pi2的光信号的时间平均光强度值均衡。

因此，提出了根据本公开的示例性实施方式的用于配置量子随机数生成设备的各种方法以使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

首先，参照图5至图10描述用于配置量子随机数生成设备以使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的第一方法。

如图5所示，用于配置量子随机数生成设备的第一方法采用led(提供电光效应的pn结二极管)作为光源，因此利用了可通过将多个光源串联连接来容易地扩展的led特性。使用这种led特性使得多个光源101至10n能够简单地串联连接，而无需增加单独的复杂电路。因此，可配置由于串联连接的多个光源101至10n而能够使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的量子随机数生成设备。

与增加单独的光波导以使用一个光源配置量子随机数生成设备的现有方法相比，此方法可简化硬件结构，因此有利于芯片形式的量子随机数生成设备的小型化。

如果需要，如图13所示，可独立地控制施加到各个led的电流。

如图6所示，根据本公开的示例性实施方式的利用上述led特性配置的量子随机数生成设备100包括光源管理单元110和随机数生成单元120。

光源管理单元110包括：光源单元111，其包括至少两个光源；以及光检测单元112，其包括至少一个像素以检测从所述至少两个光源辐射并合并到各个像素中的光信号的时间平均光强度值。光信号分别从所述至少两个光源辐射并被合并以输入到像素。这里，所述至少两个光源被设置成使得输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均匀。

随机数生成单元120利用输入到像素的光强度值(即，光量的量子噪声)来生成随机数。

详细地，参照图7，光源单元111包括至少两个光源。这里，假设从所述至少两个光源辐射的光信号相同。

这里，光源单元111可包括根据要制造的量子随机数生成设备的尺寸和性能对称地设置的多个光源(例如，两个、三个、四个或更多个光源)。这里，光源的数量不受限制。

在以下描述中，为了描述方便，示出了两个对称设置的光源111a和111b。

光检测单元112可以是诸如上述的cmos和ccd传感器的图像传感器，但不限于此。

光检测单元112包括至少一个像素(例如，图像传感器中的像素)1121以检测从两个光源111a和111b辐射的光信号。

以下，参照图7详细描述用于使输入到所述至少一个像素的光信号的时间平均光强度均衡的光源管理单元110的布局结构。

如图7所示，包括在光源管理单元110中的光源单元111和光检测单元112被设置在同一基板113上。

当为了小型化和批量生产，通过将光源单元111和光检测单元112设置在单个基板113上来以芯片形式制造量子随机数生成设备时，从光源单元111辐射的光信号必然在芯片壳体的盖侧114上反射。

详细地，两个光源111a和111b关于光检测单元112对称设置。

即，当两个光源111a和111b被设置在设置有光检测单元112的同一基板113上时，两个光源111a和111b对称地设置在距光检测单元112相同距离的位置处，从而使输入到像素1121的光信号的时间平均光强度值均衡。

尽管本公开的实施方式示出了两个光源111a和111b被设置在距光检测单元112相同的距离处，但是即使当两个光源111a和111b被设置在距光检测单元112不同的距离处时，也可通过控制施加到光源111a和111b的电流的量来使输入到像素1121的光信号的时间平均光强度值均衡。

这里，从包括至少一个像素的图像传感器的位置观察光信号，分别从两个光源111a和111b辐射的光信号的时间平均光强度值在空间上遵循高斯分布。

即，从光源111a辐射的光信号的时间平均光强度值遵循第一高斯分布g1。从光源111b辐射的光信号的时间平均光强度值遵循第二高斯分布g2。

假设第一高斯分布g1和第二高斯分布g2具有相同的光强度分布特性，则关于图像传感器对称地设置的光源111a和111b的中心轴线之间的整个距离d可由标准偏差σ确定。当整个距离d被确定为标准偏差的两倍时，可获得均匀分布范围r1。

这里，当两个光源111a和111b如上所述关于光检测单元112设置时，可能需要使光源111a和111b与光检测单元112之间的距离最小化，以使量子随机数生成设备的尺寸最小化。即，需要找到最佳光强度分布以维持泊松分布的特性。这可通过调节施加到光源111a和111b中的每一个的电流的量以调节从光源111a和111b中的每一个辐射的光的强度来实现。

更具体地，可通过调节光强度来调节标准偏差，从而可将两个光源之间的距离调节到最小。

由于光可在随机数生成器的盖侧反射，所以光强度分布的特性并不完全遵循高斯分布。另外，光源不完全遵循高斯分布(高斯分布和、余弦功率和等)。然而，光强度随着距光源的距离增大而减小的特性被相似地维持。另外，在光源之间的距离被最小化的情况下，通过控制施加到多个光源的电流的量以调节光强度，可使输入到图像传感器的各个像素的光强度均衡。

以下，当光源具有高斯分布时，详细描述通过在光源管理单元110中使输入到至少一个像素的光信号的时间平均光强度均衡来生成随机数的流程。

参照图7和图8，所述至少一个像素1121检测从所述至少两个光源辐射的光信号(s100和s110)。

详细地，当光源111a和111b在基板113上关于光检测单元112对称地设置时，从光源111a辐射的光信号在盖侧114上反射，然后像素1121接收与在整个距离d内形成的第一高斯分布g1对应的光信号的时间平均光强度值。

即，像素1121当中最靠近光源111a设置的像素接收最高的时间平均光强度值。与随着距光源111a的距离增大而逐渐减小的第一高斯分布g1对应，其它像素随着距光源111a的距离增大而接收逐渐减小的时间平均光强度值。

因此，当从光源111a辐射的光信号在盖侧114上反射时，根据在整个距离d中形成的第一高斯分布g1，像素1121接收从光源111a辐射的光信号的不对称时间平均光强度值。

如上所述，在像素1121接收来自光源111a的光信号的不对称时间平均光强度值的同时，光信号也从光源111b辐射并在盖侧114上反射。因此，像素1121同时接收与在整个距离d中形成的第二高斯分布g2对应的光信号的时间平均光强度值。

即，像素1121当中最靠近光源111b设置的像素接收最高的时间平均光强度值。与随着距光源111b的距离增大而逐渐减小的第二高斯分布g2对应，其它像素随着距光源111b的距离增大而接收逐渐减小的时间平均光强度值。

因此，所述至少一个像素1121根据第一高斯分布g1不对称地接收从光源111a辐射的光信号的时间平均光强度值，并且同时根据第二高斯分布g2不对称地接收从光源111b辐射的光信号的时间平均光强度值。因此，从光源111a和111b辐射的光信号合并以形成均匀分布范围r1。在均匀分布范围r1内，光源111a和111b的时间平均光强度值的高斯分布被合并，以使得不对称性被彼此补偿。像素1121可在均匀分布范围r1内接收均匀的光量。

这里，为了使量子随机数生成设备的尺寸最小化，确定最佳光强度分布以通过调节施加于光源111a和111b的电流的量来维持泊松分布的特性。基于所检测的最佳光强度分布，可将光源111a和111b之间的距离调节到最小。

如上所述，像素1121能够获得均匀的光量，因此可利用量子噪声在各个像素中维持相同水平的随机性，从而生成优质的随机数(s120)。

上述实施方式示出了两个光源关于光检测单元对称地设置以使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的空间强度分布均衡的量子随机数生成设备。相反，如图9所示，四个光源111a、111b、111c和111d可关于光检测单元112对称地设置。

即，光源111a和111b可在第一方向x上关于光检测单元112对称地设置，光源111c和111d可在第二方向y上关于光检测单元112对准地设置。第二方向y垂直于第一方向x。

此外，当多个光源平行于光检测单元112的每一侧设置在标准偏差两倍的距离处时，可获得如图10所示的光强度均匀的特定范围的均匀分布范围r2。根据量子随机数生成设备的尺寸和所需性能，可使用四个以上的光源。

尽管本公开的实施方式示出了光检测单元112具有四个侧面，但是本公开不限于此。相反，当光检测单元112形成为圆形时，光源可被设置为围成圆圈，从而获得特定范围的均匀分布范围。

即，不管光源的数量如何，当光源关于光检测单元112对称地设置时，所述至少一个像素1121可接收具有均匀的时间平均光强度值的光信号。

尽管本公开的实施方式采用高斯分布作为示例来使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的空间强度分布均衡，但是本公开不限于此。相反，可利用由光源生成的任何分布特性以类似的方式使从光源辐射并输入到各个像素的光信号的空间强度分布均衡。

接下来，参照图11至图13描述用于配置量子随机数生成设备以使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡的第二方法。

特别地，以下描述提出了一种用于解决由于在实现根据本公开的实施方式的量子随机数生成设备时发生的各种限制而导致的光强度集中在指定区域中的方法。

具体地，量子随机数生成设备基本上采用至少一个光源并且通过进一步使用诸如反射盖和光检测单元的各种组件来配置。当量子随机数生成设备被配置成不同组件的组合时，根据配置环境而强加了各种限制。

即，根据量子随机数生成设备的配置环境，强加了各种限制，例如，用于扩展辐射的光信号的空间窄、光检测单元的像素具有不同的大小、像素阵列的分辨率变化、以及光检测单元的尺寸(高度)变化。

由于这些限制，当光检测单元的至少一个像素(例如，图像传感器中的像素)的指定区域靠近光源时，输入到该指定区域的光强度可能相对增加。即，根据量子随机数生成设备的配置环境，光强度集中在指定区域中。

因此，下面参照图11和图12详细描述用于配置量子随机数生成设备以解决此问题的第二方法。

如图11所示，量子随机数生成设备200包括光源管理单元210和随机数生成单元220。

光源管理单元210包括：光源单元211，其包括至少一个光源；光检测单元212，其包括至少一个像素以检测从所述至少一个光源辐射的光信号；以及光漫射单元213，当从所述至少一个光源辐射的光信号输入到像素时，其扩展光信号以使输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值均衡。

详细地，参照图12，光源单元211包括至少一个光源。为了描述方便，假设两个光源211a和211b关于光检测单元212对称地设置。

光检测单元212包括至少一个像素(例如，图像传感器中的像素)，以检测从两个光源211a和211b辐射的光信号。

光源单元211和光检测单元212被设置在单个基板214上以便于量子随机数生成设备200的小型化和批量生产。当通过将光源单元211和光检测单元212设置在单个基板214上来以芯片形式制造量子随机数生成设备以便于小型化和批量生产时，从光源单元211辐射的光信号必然在芯片壳体的盖侧215上反射。

然而，如上所述，当作为各种组件的组合制造量子随机数生成设备时，由于根据配置环境而强加的限制，光强度可能集中在指定区域中。因此，在本公开的实施方式中，通过在光源管理单元210中增加能够引起漫反射的光漫射单元213来配置量子随机数生成设备。

光漫射单元213被设置在光源单元211与光检测单元212之间。光漫射单元213具有在从光源单元211辐射的光信号向光检测单元212扩展的同时引起漫反射的功能。即，光漫射单元213用于另外应对在配置量子随机数生成设备时发生的各种限制。

光漫射单元213可包括具有漫反射性质的光漫射材料(漫射器，例如丙烯酸树脂)，并且不管其形式如何(固体、气体或液体)，可按照适合其形式的方式设置在光源管理单元210中。

因此，当光漫射单元213被设置在光源单元211与光检测单元212之间时，即使根据配置环境发生上述各种限制，光也可更广地和均匀地扩展，以使得光强度不集中在指定区域中。即，输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值可均衡。

返回参照图11，随机数生成单元220利用光量的量子噪声(即，输入到所述至少一个像素的光强度值)来生成随机数。

在用于配置量子随机数生成设备200的上述第二方法中，在光源单元211与光检测单元212之间增加具有漫反射性质的光漫射单元213，以使输入到光检测单元212中的像素的光强度均衡，而不管配置环境如何。当配置量子随机数生成设备时，该附加组件允许确定光源的数量和布置方式方面的更多选项。在一些情况下，该附加组件有助于量子随机数生成设备即使以单个光源也实现基准水平或以上的优质随机性。

此外，在根据本公开的实施方式的用于配置量子随机数生成设备的第一方法和第二方法中，如图13所示，光源101'至10n'可平行设置，以使得至少一个光源101'至10n'可单独地控制电流的量和开启/关闭操作。

当光源101'至10n'被配置为能够独立地控制电流的量和开启/关闭操作时，可仅使用光源101'至10n'中的一些。利用这一点，当当前使用的光源的寿命结束或者光源的质量劣化时，实现硬件设计和驱动逻辑以使得可使用其它替代光源。特别是，当包括光漫射单元时，如用于配置量子随机数生成设备的第二方法中那样，即使以单个光源也很有可能实现优异的随机性。

例如，当仅利用光源101'至10n'当中的指定光源101'来确保具有基准质量或以上的随机性时，电流被控制为仅被供应给光源101'至10n'当中的指定光源101'，而不施加到其它光源102'至10n'，以使得其它光源102'至10n'可根据其它考虑用作替代的备用光源。

即，当可通过控制所述至少一个光源中的一些以将其开启来使各个像素中的随机性为基准质量或以上时，控制其它光源关闭，从而连续地维持量子随机数生成设备的质量并延长量子随机数生成设备的寿命。

如上所述，从光源辐射并输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值被均衡以使各个像素中的随机性维持在相同的水平。

此外，在配置量子随机数生成设备时，通过将光源关于光检测单元对称地设置简化了硬件配置，而无需增加单独的电路的复杂工艺，从而使量子随机数生成设备的尺寸最小化。

另外，输入到各个像素的光信号的时间平均光强度值被均衡，因此降低了用于对来自像素的输出值进行修正的后处理算法的复杂性并将输出值的优异随机性维持在相同的水平。

此外，结合所提供的实施方式或算法或控制功能的步骤描述的方法可直接由硬件实现，或者按照可通过各种计算机装置执行的程序命令的形式来实现，然后可被记录在计算机可读记录介质中。计算机可读介质可(独立地或组合地)包括程序命令、数据文件、数据结构等。记录在介质中的程序命令可以是针对本公开专门设计和配置的，或者是计算机软件相关领域的技术人员所熟知并可使用的。计算机可读记录介质的示例包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁介质、诸如紧凑盘只读存储器(cd-rom)和数字通用盘(dvd)的光介质、诸如软盘的磁光介质、以及诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和闪速存储器的硬件装置，其专门被配置为存储和执行程序指令。程序命令的示例包括由编译器生成的机器语言代码以及可由计算机通过解释器等执行的高级语言代码。硬件装置可被配置为作为一个或更多个软件模块进行操作以便执行本公开的操作，反之亦然。

尽管参照示例性实施方式详细描述了本公开，但是本公开不限于此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。