本發(fā)明涉及量子隨機數產生，更具體地，涉及一種基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器。

背景技術：

1、隨機數是一種廣泛使用的基礎資源，在密碼學、數值計算、神經網絡計算、傳統信息安全與量子通信等眾多領域都有著廣泛而重要的應用。量子隨機數發(fā)生器基于量子物理的基本原理，其產生的量子隨機數具有不可預測性和不可重復性，相比于傳統的偽隨機數發(fā)生器和噪聲源隨機數發(fā)生器，其隨機性來源更加清晰，并可采用最小熵理論嚴格證明其隨機性，因而具有更高的安全性，特別適合對于隨機性要求較高的應用場景。從實用化的角度來說，量子隨機數發(fā)生器需要具有體積小、隨機數產生速率高、穩(wěn)定性強的特點。

2、在實現本發(fā)明構思的過程中，發(fā)明人發(fā)現：可以基于真空態(tài)漲落測量的光芯片方案來實現量子隨機數發(fā)生器。然而，基于真空態(tài)漲落測量的光芯片方案需用到連續(xù)激光作為輸入，硅基光芯片雖能實現無源器件的單片集成，但由于硅屬于間接帶隙半導體，直接發(fā)光效率很低，因此無法在硅片上直接集成光源，若采用傳統的光柵耦合或透鏡耦合方式實現激光輸入，又面臨著耦合效率低以及整體體積難以控制的問題。同時量子隨機數發(fā)生器需借助微電子電路對原始數據進行隨機性提取以及后處理，因此如何實現光源、無源光芯片和后端微電子電路三者的光電一體化集成，目前缺乏較為有效的方案。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器。

2、本發(fā)明的一個方面提供了一種基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器，包括：共燒陶瓷基板，以及共同集成在共燒陶瓷基板上并依次連接的量子態(tài)制備單元、量子態(tài)測量芯片、第一處理單元和第二處理單元，其中，量子態(tài)制備單元包括激光器芯片，量子態(tài)測量芯片包括端面耦合器，激光器芯片的出光口與端面耦合器的輸入端利用預設的對齊結構實現三維對準，預設的對齊結構形成在共燒陶瓷基板上。

3、本發(fā)明實施例提供的基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器，通過將量子態(tài)制備單元、量子態(tài)測量芯片、第一處理單元和第二處理單元共同集成在一塊共燒陶瓷基板上，實現了光源、無源光芯片和后端微電子電路三者的光電一體化高度集成，提高系統的穩(wěn)定性和輸出帶寬，能夠在降低成本的同時有效地縮小量子隨機數發(fā)生器整個系統的體積。此外，通過基于共燒陶瓷基板上預先設計的對齊結構，可以使激光器芯片的出光口與端面耦合器的輸入端實現三維對準，來最大程度地降低輸入損耗，從而可以確保激光器芯片與端面耦合器之間有較高的光耦合效率。

技術特征：

1.一種基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述量子隨機數發(fā)生器包括：共燒陶瓷基板，以及共同集成在所述共燒陶瓷基板上并依次連接的量子態(tài)制備單元、量子態(tài)測量芯片、第一處理單元和第二處理單元，其中，所述量子態(tài)制備單元包括激光器芯片，所述量子態(tài)測量芯片包括端面耦合器，所述激光器芯片的出光口與所述端面耦合器的輸入端利用預設的對齊結構實現三維對準，所述預設的對齊結構形成在所述共燒陶瓷基板上。

2.根據權利要求1所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述共燒陶瓷基板上形成有預設凹槽，所述激光器芯片固定于所述預設凹槽內，所述激光器芯片的出光口與所述端面耦合器利用所述預設凹槽實現三維對準。

3.根據權利要求2所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，

4.根據權利要求3所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述激光器芯片的固定方法包括：

5.根據權利要求1-4中任一項所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，

6.根據權利要求5所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述光信號包括相干態(tài)子信號和真空態(tài)子信號，

7.根據權利要求6所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述第二處理單元包括：運算放大器、模數轉換器、隨機性提取電路、微控制單元和存儲器單元，其中，所述運算放大器、所述模數轉換器和所述隨機性提取電路依次連接，所述跨阻放大器的輸出端與所述運算放大器的輸入端相連。

8.根據權利要求7所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述跨阻放大器、所述運算放大器、所述模數轉換器、所述隨機性提取電路、所述微控制單元和所述存儲器單元均通過貼片的方式連接到所述共燒陶瓷基板的電極上。

9.根據權利要求1-4中任一項所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述端面耦合器被配置為硅基反向楔形結構。

10.根據權利要求1-4中任一項所述的量子隨機數發(fā)生器，其特征在于，所述共燒陶瓷基板的熱膨脹系數為，所述共燒陶瓷基板的介電常數溫度系數為10ppm/k~20ppm/k。

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于共燒陶瓷集成的量子隨機數發(fā)生器，包括：共燒陶瓷基板，以及共同集成在共燒陶瓷基板上并依次連接的量子態(tài)制備單元、量子態(tài)測量芯片、第一處理單元和第二處理單元，其中，量子態(tài)制備單元包括激光器芯片，量子態(tài)測量芯片包括端面耦合器，激光器芯片的出光口與端面耦合器的輸入端利用預設的對齊結構實現三維對準，預設的對齊結構形成在共燒陶瓷基板上。

技術研發(fā)人員：白冰,湯晨宇,喬冠儒,聶友奇,翁梓烜,劉乃樂,張軍,潘建偉
受保護的技術使用者：合肥國家實驗室
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2