基于全变分检测的 33 Gbit/s 源设备无关量子随机数生成器：实时 FPGA 集成提取
量子物理
2025-12-09 v1
摘要
我们提出了一种基于全变分检测真空涨落的高速连续变分量子随机数生成器 (QRNG)。该方案遵循源设备无关 (SDI) 安全模型，其中熵来源于量子测量不确定性，无需对源进行建模；安全性仅依赖于可信测量设备和已校准的离散化，因此即使在对抗性状态准备下也保持有效。光学场经 90 光学混合器分离后由两个平衡光电二极管同时测量得到真空态的两个量程。模拟输出经由采样率为 3.2 GS/s 的双通道 12 位模拟-数字转换器进行数字化，并由实现 Toeplitz 哈希的 FPGA 实时处理。通过校准的功率谱密度测量和时域交叉验证，验证了量子-经典噪声比，确认在 1.6 GHz 检测带宽内为真空噪声主导。提取后，系统实现了 33.92 Gbit/s 的均匀分布随机比特生成率，这些比特通过所有 NIST 和 Dieharder 统计测试。所示平台为紧凑型、基于 FPGA 的实际全变分源无关 QRNG 实现，适用于高速量子通信和安全密钥分配系统。
引用
@article{arxiv.2512.07319,
title = {33 Gbit/s source-device-independent quantum random number generator based on heterodyne detection with real-time FPGA-integrated extraction},
author = {Marius Cizauskas and Hamid Tebyanian and Mark Fox and Manfred Bayer and Marc Assmann and Alex Greilich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.07319},
year = {2025}
}