高速QKD系统的随机数源及实时自检方案研究

量子电子学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (1): 86-93.

高速QKD系统的随机数源及实时自检方案研究

唐世彪∗, 程节, 栗帅

科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽合肥230088

收稿日期:2020-10-15 修回日期:2020-11-17 出版日期:2021-01-28 发布日期:2021-02-01
作者简介:唐世彪( 1982 - ), 广西桂林人, 博士, 高级工程师, 主要从事量子通信, 数字信号处理方面的研究。 E-mail: shibiao.tang@quantum-info.com
基金资助:
Supported by Anhui Province Major Science and Technology Project (安徽省科技重大专项资助, 17030901013)

Research on random number source and real-time self-check scheme for high speed QKD system

TANG Shibiao∗, CHENG Jie, LI Shuai

QuantumCTek Co., Ltd., Hefei 230088, China

Received:2020-10-15 Revised:2020-11-17 Published:2021-01-28 Online:2021-02-01

摘要/Abstract

摘要： 量子密钥分发(QKD) 是一种新型对称密钥分发技术, 其采用随机数编码产生发射端的量子信号。目前高速QKD 技术不断发展, 对随机数源的速率及可靠性提出了更高的要求, 详细梳理了高速QKD 系统随机数源的整体需求, 提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA) 的10 Gbps 高速随机数源及实时自检方案。其中随机数源采用相位抖动原理实现, 通过叠加128 个振荡器实现单个随机数源, 再并行例化产生10 Gbps 高速随机数, 数据符合《GM/T-0005-2012 随机性检测规范》。并依据QKD 系统对随机数的独特使用需求, 设计实现了10 Gbps 处理带宽的实时全0 全1 自检模块, 保障了QKD 系统所使用高速随机数的可靠性, 为高速QKD 系统的研制提供了支撑。

关键词: 量子信息, 量子密钥分发, 随机数源, 现场可编程门阵列, 实时自检

Abstract: Quantum key distribution (QKD) technology is a new symmetric key distribution technology, which uses random number to generate quantum signal at the transmitter. At present, with the continuous development of high-speed QKD technology, higher requirements are put forward for the speed and reliability of random number source. The overall requirements of high-speed QKD system random number source are summarized in detail, and the 10 Gbps high-speed random number source and real-time selfcheck scheme based on field programmable gate array (FPGA) are designed and realized. The random number source is realized by using the phase jitter principle. A single random number source is realized by stacking 128 ring oscillators, and then 10 Gbps high-speed random number is generated by parallelization instance. The random data can pass GM/T 0005 − 2012 Randomness Test Specification. Then, according to the unique use demand of QKD system for random number, a real-time self-check module of 10 Gbps processing bandwidth is designed and realized, which guarantees the reliability of high-speed random number used by QKD system and provides support for the development of high-speed QKD system.

Key words: quantum information, quantum key distribution, random number source, field programmable gate array, real-time self-check

中图分类号:

O431.2

唐世彪∗, 程节, 栗帅. 高速QKD系统的随机数源及实时自检方案研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(1): 86-93.

TANG Shibiao∗, CHENG Jie, LI Shuai. Research on random number source and real-time self-check scheme for high speed QKD system[J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2021, 38(1): 86-93.

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