本发明涉及量子随机数与商用密码应用，具体涉及一种基于量子点光采样的量子随机数发生器及方法。
背景技术：
1、量子随机数发生器基于量子效应，理论上被证明具有不可预测特性，区别于传统的伪随机数发生器和经典物理随机数发生器，后两者分别基于复杂算法和过程易模拟的经典物理现象，量子随机数发生器具有更高的安全性，除此之外，还有速率高、结构简单等优点，因此，量子随机数发生器逐渐成为研究的热点。
2、超辐射发光二极管(superluminescent diode，sld)是一种高输出功率、宽光谱范围的高稳定光源，同时其发光原理是强激发状态下定向的辐射现象，即当激发密度足够高时，自发发射的光子受激放大而雪崩式倍增，因此具有放大自发辐射噪声(amplifierspontaneous emission，ase)，是一种量子效应，可以应用于量子随机数的产生。但是目前的sld增益介质主要是量子阱材料，对于单量子阱或均匀多量子阱sld，在较低的注入电流密度下只能得到很窄的光谱宽度，对于多量子阱sld，不同宽度量子阱基态跃迀能量不连续从而会造成谱带的形状不规则。
3、而且目前量子随机数发生器中采样量化及后处理模块常采用电子器件，其中模数转换器因技术发展原因存在着“电子瓶颈”，即模数转换器的采样速率和精度极难提升，这将对其量化精度、采样率和模拟输入带宽造成影响，极大限制了随机数的产生速率。
4、因此，目前量子随机数发生器受到电子设备的限制，导致随机数的产生速率不够高。
技术实现思路
1、本发明为了解决目前量子随机数发生器受到电子器件的限制，导致随机数的产生速率不够高的问题，提供一种基于量子点光采样的量子随机数发生器及方法。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
3、一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，包括熵源、采样模块、探测模块和后处理模块(post process,p-pro)；其中，
4、所述熵源包括量子点超辐射发光二极管，用于发出信号光；
5、所述采样模块包括锁模激光器、掺铒光纤放大器、波分解复用器、第一波分复用器、第二波分复用器和量子点半导体光放大器；
6、所述锁模激光器发出光脉冲，光脉冲经过掺铒光纤放大器进行信号放大后进入波分解复用器进行频谱切片处理，从而分成多路不同波长的光脉冲分支，每一光脉冲分支都加入固定时间的延迟；然后由第一波分复用器将各路光脉冲分支合束形成采样光序列；采样光序列和信号光输入第二波分复用器中，并根据采样光序列对信号光进行第一次采样；将第一次采样的结果输入半导体光放大器进行非线性光学采样，非线性光学采样的结果经过探测模块进行探测、量化后输入后处理模块产生随机数。
7、上述方案中，通过使用量子点超辐射发光二极管作为光源，可以直接测量其光功率而得到自发辐射噪声，属于量子熵源，符合量子不确定性的特点，保证了生成随机数的随机性。而且采样模块为全光采样系统，相比于电子器件，具有较高的处理速度，可实现超30ghz/s高速安全的随机序列产生。
8、优选的，所述熵源还包括第一带通滤波器和第一光隔离器；
9、所述量子点超辐射发光二极管发出的信号光依次经过第一带通滤波器和第一光隔离器后进入第二波分复用器。
10、优选的，所述采样模块还包括第二光隔离器和第二带通滤波器；
11、合束形成的采样光序列经过第二光隔离器后进入第二波分复用器；
12、非线性光学采样的结果经过第二带通滤波器后进入探测模块。
13、优选的，所述探测模块包括光电探测器和模数转换器；
14、所述光电探测器，用于对非线性光学采样的结果进行探测；
15、所述模数转换器，用于量化探测结果。
16、优选的，所述量子点超辐射发光二极管发出的信号光的中心波长为1550nm。
17、优选的，所述第一带通滤波器的中心波长为1550nm，带宽为20nm。
18、优选的，所述锁模激光器发出的光脉冲的波长为650nm，重复频率为10ghz。
19、优选的，所述波分解复用器将经过掺铒光纤放大器进行信号放大后的光脉冲分成三路不同波长的光脉冲分支。
20、优选的，所述第二带通滤波器的中心波长为1550nm，带宽为20nm。
21、一种基于量子点光采样的量子随机数发生方法，基于所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器实现，包括以下步骤：
22、s1：利用量子点超辐射发光二极管发出信号光；
23、利用锁模激光器发出光脉冲，将光脉冲分成多路不同波长的光脉冲分支，每一光脉冲分支都加入固定时间的延迟，并将各路光脉冲分支合束形成采样光序列；
24、s2：根据采样光序列对信号光进行第一次采样；
25、s3：将第一次采样的结果输入半导体光放大器进行非线性光学采样；
26、s4：将非线性光学采样的结果经过探测模块进行探测、量化；
27、s5：将量化的结果输入后处理模块产生随机数。
28、上述方案中，还通过利用连续变量传递信息，增加了每个光子携带的信息量从而增加随机数产生率。
29、本发明有益的技术效果：
30、本发明提供了一种基于量子点光采样的量子随机数发生器及方法，通过使用量子点超辐射发光二极管作为光源，可以直接测量其光功率而得到自发辐射噪声，属于量子熵源，符合量子不确定性的特点，保证了生成随机数的随机性。而且采样模块为全光采样系统，相比于电子器件，具有较高的处理速度，可实现30ghz/s高速安全的随机序列产生。此外，还通过利用连续变量传递信息，增加了每个光子携带的信息量从而增加随机数产生率。
1.一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，包括熵源、采样模块、探测模块和后处理模块，其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述熵源还包括第一带通滤波器和第一光隔离器；
3.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述采样模块还包括第二光隔离器和第二带通滤波器；
4.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述探测模块包括光电探测器和模数转换器；
5.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子点超辐射发光二极管发出的信号光的中心波长为1550nm。
6.根据权利要求2所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第一带通滤波器的中心波长为1550nm，带宽为20nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述锁模激光器发出的光脉冲的波长为650nm，重复频率为10ghz。
8.根据权利要求1所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述波分解复用器将经过掺铒光纤放大器进行信号放大后的光脉冲分成三路不同波长的光脉冲分支。
9.根据权利要求3所述的一种基于量子点光采样的量子随机数发生器，其特征在于，所述第二带通滤波器的中心波长为1550nm，带宽为20nm。
10.一种基于量子点光采样的量子随机数发生方法，其特征在于，包括以下步骤：