本发明涉及量子随机数产生，更具体地，涉及一种基于共烧陶瓷集成的量子随机数发生器。
背景技术：
1、随机数是一种广泛使用的基础资源，在密码学、数值计算、神经网络计算、传统信息安全与量子通信等众多领域都有着广泛而重要的应用。量子随机数发生器基于量子物理的基本原理，其产生的量子随机数具有不可预测性和不可重复性，相比于传统的伪随机数发生器和噪声源随机数发生器，其随机性来源更加清晰，并可采用最小熵理论严格证明其随机性，因而具有更高的安全性，特别适合对于随机性要求较高的应用场景。从实用化的角度来说，量子随机数发生器需要具有体积小、随机数产生速率高、稳定性强的特点。
2、在实现本发明构思的过程中，发明人发现：可以基于真空态涨落测量的光芯片方案来实现量子随机数发生器。然而，基于真空态涨落测量的光芯片方案需用到连续激光作为输入，硅基光芯片虽能实现无源器件的单片集成，但由于硅属于间接带隙半导体，直接发光效率很低，因此无法在硅片上直接集成光源，若采用传统的光栅耦合或透镜耦合方式实现激光输入，又面临着耦合效率低以及整体体积难以控制的问题。同时量子随机数发生器需借助微电子电路对原始数据进行随机性提取以及后处理，因此如何实现光源、无源光芯片和后端微电子电路三者的光电一体化集成，目前缺乏较为有效的方案。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种基于共烧陶瓷集成的量子随机数发生器。
2、本发明的一个方面提供了一种基于共烧陶瓷集成的量子随机数发生器，包括：共烧陶瓷基板，以及共同集成在共烧陶瓷基板上并依次连接的量子态制备单元、量子态测量芯片、第一处理单元和第二处理单元，其中，量子态制备单元包括激光器芯片，量子态测量芯片包括端面耦合器，激光器芯片的出光口与端面耦合器的输入端利用预设的对齐结构实现三维对准，预设的对齐结构形成在共烧陶瓷基板上。
3、本发明实施例提供的基于共烧陶瓷集成的量子随机数发生器，通过将量子态制备单元、量子态测量芯片、第一处理单元和第二处理单元共同集成在一块共烧陶瓷基板上，实现了光源、无源光芯片和后端微电子电路三者的光电一体化高度集成，提高系统的稳定性和输出带宽，能够在降低成本的同时有效地缩小量子随机数发生器整个系统的体积。此外，通过基于共烧陶瓷基板上预先设计的对齐结构，可以使激光器芯片的出光口与端面耦合器的输入端实现三维对准，来最大程度地降低输入损耗，从而可以确保激光器芯片与端面耦合器之间有较高的光耦合效率。
1.一种基于共烧陶瓷集成的量子随机数发生器，其特征在于，所述量子随机数发生器包括：共烧陶瓷基板，以及共同集成在所述共烧陶瓷基板上并依次连接的量子态制备单元、量子态测量芯片、第一处理单元和第二处理单元，其中，所述量子态制备单元包括激光器芯片，所述量子态测量芯片包括端面耦合器，所述激光器芯片的出光口与所述端面耦合器的输入端利用预设的对齐结构实现三维对准，所述预设的对齐结构形成在所述共烧陶瓷基板上。
2.根据权利要求1所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述共烧陶瓷基板上形成有预设凹槽，所述激光器芯片固定于所述预设凹槽内，所述激光器芯片的出光口与所述端面耦合器利用所述预设凹槽实现三维对准。
3.根据权利要求2所述的量子随机数发生器，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述激光器芯片的固定方法包括：
5.根据权利要求1-4中任一项所述的量子随机数发生器，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述光信号包括相干态子信号和真空态子信号，
7.根据权利要求6所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述第二处理单元包括：运算放大器、模数转换器、随机性提取电路、微控制单元和存储器单元，其中，所述运算放大器、所述模数转换器和所述随机性提取电路依次连接，所述跨阻放大器的输出端与所述运算放大器的输入端相连。
8.根据权利要求7所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述跨阻放大器、所述运算放大器、所述模数转换器、所述随机性提取电路、所述微控制单元和所述存储器单元均通过贴片的方式连接到所述共烧陶瓷基板的电极上。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述端面耦合器被配置为硅基反向楔形结构。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的量子随机数发生器，其特征在于，所述共烧陶瓷基板的热膨胀系数为，所述共烧陶瓷基板的介电常数温度系数为10ppm/k~20ppm/k。