一种量子随机数教学演示装置和演示系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及量子信息教学技术领域，尤其涉及一种量子随机数教学演示装置和演示系统。


背景技术：

2.随机数是密码学的重要资源之一，不论是对于经典密码学还是量子密码学来说，他们对随机数的随机性要求都非常严格，甚至是直接决定了绝大多数密码体系的安全性。此外，随机数在密码学之外的应用也非常广泛，包括在抽样统计、monte-carlo模拟以及一些计算科学中，都扮演着非常重要的角色。
3.目前，基于产生方法和输出序列的特征，可以将随机数的产生方法分为两大类：伪随机数发生器和物理随机数发生器。其中，伪随机数发生器一般基于预设的数学算法，以系统时刻等可获取的外部信息作为种子，有计算机等一起实现，这种随机数发生器可以以极快的速率稳定输出伪随机数序列，并且由算法保证了输出序列具有一定的统计特性，同时允许输出随机数的速率较快。但也由于伪随机数是基于确定算法产生的，其随机性来源仅为输入种子的随机性，所以当它被频繁使用时，理论上是可以通过对已产生的随机数进行统计分析来进行预测的。
4.而物理类随机数则不同，它的随机性是基于一些非确定性的客观物理现象的随机性，包括了大气噪声，电子噪声，电路抖动等等，这些随机数发生器由探测这些物理现象的结果来产生随机数。同时如果这些物理现象为量子现象时，则将这一类的物理随机数发生器成为量子随机数发生器，这些物理现象则包括真空涨落，相位噪声，辐射衰变等量子物理过程。由于量子物理过程的量子力学内禀随机性，量子随机数被普遍认为具有真随机性，无法被预测，是一种理想的随机数发生器。但由于量子随机数的物理系统相对来说都比较抽象，在实际教学过程中，其物理系统难以演示，学生理解起来会比较困难。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种量子随机数教学演示装置和演示系统，可以用来对量子随机数产生的过程进行较为明显的演示，对量子随机数发生器的物理原理进行演示和教学，便于学生理解。
6.根据本实用新型的一方面，提供了一种量子随机数教学演示装置，量子随机数教学演示装置包括：激光驱动器、可见光脉冲激光器、可见光直流激光器、光耦合器、第一光强探测器、第二光强探测器、控制芯片和上位机；
7.所述激光驱动器的第一端和第二端分别与所述可见光脉冲激光器的输入端以及所述可见光直流激光器的输入端连接，所述激光驱动器用于根据所述上位机的控制信号驱动所述可见光直流激光器产生可见光连续光束以及驱动所述可见光脉冲激光器产生相位随机的光脉冲；
8.所述光耦合器用于接收所述可见光连续光束和所述光脉冲，并将所述可见光连续
光束和所述光脉冲进行耦合后，向所述第一光强探测器发出第一光强的第一光束，向所述第二光强探测器发出第二光强的第二光束；
9.所述第一光强探测器用于根据所述第一光强产生第一电信号并将所述第一电信号传输至所述控制芯片，所述第二光强探测器用于根据所述第二光强产生第二电信号并将所述第二电信号传输至所述控制芯片；
10.所述控制芯片用于根据所述第一电信号和所述第二电信号产生电平信号并传输至所述上位机，所述上位机用于根据所述电平信号显示结果。
11.可选地，所述可见光连续光束与所述光脉冲对应的可见光脉冲激光光束的频率、振动方向相同。
12.可选地，所述控制芯片包括数据采集与处理单元；
13.所述第一光强探测器的输出端和所述第二光强探测器的输出端分别与所述数据采集与处理单元的第一输入端和第二输入端连接，所述数据采集与处理单元用于根据所述第一电信号和所述第二电信号产生电平信号并将所述电平信号发送至所述上位机；
14.所述数据采集与处理单元的输出端与所述上位机的输入端连接，所述上位机的输出端与所述激光驱动器的输入端连接，所述上位机用于根据所述电平信号显示结果。
15.可选地，所述数据采集与处理单元包括第一转换子单元、第二转换子单元、比较子单元和时钟信号产生子单元；
16.所述第一光强探测器的输出端与所述第一转换子单元的输入端连接，所述第二光强探测器的输出端与所述第二转换子单元的输入端连接，所述第一转换子单元的输出端与所述比较子单元的第一端连接，所述第二转换子单元的输出端与所述比较子单元的第二端连接；
17.所述时钟信号产生子单元与所述比较子单元的第三端连接，所述时钟信号产生子单元用于向所述比较子单元提供时钟信号；
18.所述比较子单元用于根据所述第一电信号和所述第二电信号输出高电平信号或低电平信号，并将所述高电平信号或低电平信号发送至所述上位机。
19.可选地，所述第一转换子单元包括第一跨阻放大器，所述第二转换子单元包括第二跨阻放大器，所述比较子单元包括电压比较器。
20.可选地，所述光脉冲的单脉冲宽度大于或者等于1s。
21.可选地，量子随机数教学演示装置还包括黑色背景板，所述黑色背景板设置于所述光耦合器与所述第一光强探测器以及所述第二光强探测器之间。
22.可选地，量子随机数教学演示装置还包括暗箱，所述暗箱设置于所述光耦合器与所述第一光强探测器以及所述第二光强探测器之间；
23.所述暗箱包括第一观察窗口和第二观察窗口，所述第一观察窗口用于通过所述可见光连续光束，所述第二观察窗口用于通过所述光脉冲。
24.可选地，所述可见光脉冲激光器的工作模式包括增益开关模式或手动触发模式。
25.根据本实用新型的另一方面，提供了一种量子随机数教学演示系统，该量子随机数教学演示系统包括上述一方面中任一所述的量子随机数教学演示装置。
26.本实用新型实施例的技术方案，通过采用可见光激光束作为载体，并通过干涉使得光束形成强弱差异，使得物理过程直观、清晰、可观察性强；并且可以结合装置测量的结
果进行对比印证，对量子随机数产生的过程进行较为明显的演示，对量子随机数发生器的物理原理进行演示和教学，便于学生理解，有利于加深学生对量子随机数物理过程的理解，提升了量子学科实验的教学效果与质量。综上所述，本实用新型实施例解决了在实际教学过程中，量子随机数的物理系统比较抽象，其物理系统难以演示导致学生理解困难的问题。
27.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是根据本实用新型实施例提供的一种量子随机数教学演示装置的结构示意图；
30.图2是根据本实用新型实施例提供的又一种量子随机数教学演示装置的结构示意图；
31.图3是根据本实用新型实施例提供的一种数据采集与处理单元的结构示意图；
32.图4是根据本实用新型实施例提供的一种光学分束器干涉的示意图；
33.图5是根据本实用新型实施例提供的又一种光学分束器干涉的示意图；
34.图6是根据本实用新型实施例提供的又一种光学分束器干涉的示意图；
35.图7是根据本实用新型实施例提供的一种黑色背景板的分布位置示意图；
36.图8是根据本实用新型实施例提供的一种暗箱的分布位置示意图；
37.图9是根据本实用新型实施例提供的一种不同工作模式对应的脉冲波形对比示意图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
39.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.图1是根据本实用新型实施例提供的一种量子随机数教学演示装置的结构示意图，参考图1，本实用新型实施例提供了一种量子随机数教学演示装置，量子随机数教学演示装置包括：激光驱动器10、可见光脉冲激光器20、可见光直流激光器30、光耦合器40、第一光强探测器51、第二光强探测器52、控制芯片60和上位机70；激光驱动器10的第一端和第二端分别与可见光脉冲激光器20的输入端以及可见光直流激光器30的输入端连接，激光驱动器10用于根据上位机70的控制信号驱动可见光直流激光器30产生可见光连续光束以及驱动可见光脉冲激光器20产生相位随机的光脉冲；光耦合器40用于接收可见光连续光束和光脉冲，并将可见光连续光束和光脉冲进行耦合后，向第一光强探测器51发出第一光强的第一光束，向第二光强探测器52发出第二光强的第二光束；第一光强探测器51用于根据第一光强产生第一电信号并将第一电信号传输至控制芯片60，第二光强探测器52用于根据第二光强产生第二电信号并将第二电信号传输至控制芯片60；控制芯片60用于根据第一电信号和第二电信号产生电平信号并传输至上位机70，上位机70用于根据电平信号显示结果。
41.具体的，激光驱动器10用于驱动可见光脉冲激光器20按照增益开关模式发光，同时通过接收上位机70软件的控制信号，可以调节可见光脉冲激光器20产生脉冲的宽度。激光驱动器10还用于驱动可见光直流激光器30按照直流模式发出连续光束。
42.可见光脉冲激光器20一般为空间耦合半导体激光器，在激光驱动器10提供的电流驱动下，用于产生光脉冲，产生的光脉冲的波长和可见光直流激光器30产生的可见光连续光束的波长相同。可见光直流激光器30输出的信号是连续激光的相位连续变化，没有中断。而可见光脉冲激光器20输出的信号是中断的，脉冲之间的相位差是随机的。
43.可见光直流激光器30一般为空间耦合半导体激光器，在激光驱动器10提供的电流驱动下，用于发射波长在360nm到830nm范围内的可见光连续光束，可见光连续光束是指光束在自由空间中传播，光谱宽度一般在1nm以下，由于是连续光束，在光束持续时间内，光脉冲相位是连续的。
44.光耦合器40可以为光学分束器，光学分束器用于将两条光路中的可见光连续光束以及光脉冲进行合束和分束。其中，可见光脉冲激光器20产生的光脉冲会与可见光直流激光器30产生的可见光连续光束进行干涉；光学分束器可以为工作范围在可见光波长范围的自由空间光学分/合束器、光纤耦合器或者集成波导耦合器。其中，可见光连续光束的能量为2p2，光脉冲的能量为2p1。
45.光耦合器40的两路输出与第一光强探测器51、第二光强探测器52之间的传播路径为自由空间的空气或其他透明介质，两路传播途径由于散射作用，当两路传播路径上光的亮度不同时，从而形成两条明暗不同的光线，亮度差异越大，明暗对比度越明显。
46.第一光强探测器51用于将第一光束强度转换为第一电流信号并输入至控制芯片60；第二光强探测器52用于将第二光束强度转换为第二电流信号并输入至控制芯片60。第一光强探测器51和第二光强探测器52可以为光电二极管，光电管，光电倍增管，光敏电阻，光敏二极管，三极管，光电池等其它光电元件。
47.控制芯片60用于对第一光强探测器51、第二光强探测器52发送的第一电信号和第二电信号进行比较，通过比较大小产生电平信号，判定输出到上位机70软件的是0还是1。
48.上位机70用于设置脉冲光持续时间以及重复周期；用于通过控制激光驱动器10，使得可见光脉冲激光器20和可见光直流激光器30这两个激光器同时受到激励，分别发射输
出对应的激光光束；用于接收控制芯片60输出的电平信号(高低电平)，将高低电平信号最终显示为0或1。上位机70的显示界面上依次显示每个脉冲干涉后的统计结果(即0或1)以及数字序列。
49.量子随机数教学演示装置还包括反射镜80，反射镜80位于可见光脉冲激光器20和光耦合器40之间，反射镜80用于将光脉冲进行聚合并射向光耦合器40。
50.本实用新型实施例中的量子随机数教学演示装置基于空间光学系统以及其驱动分析电路和上位机显示软件构成。通过采用脉冲时间较长的可见光激光束作为随机性来源；通过激光干涉后的光强的强弱差异来体现随机性的两种结果，学生可以结合对亮度的人眼观察和系统探测结果(随机数序列)，两者相互印证来理解量子随机数发生器的物理原理和过程。
51.本实用新型实施例的技术方案，通过采用可见光激光束作为载体，并通过干涉使得光束形成强弱差异，使得物理过程直观、清晰、可观察性强；并且可以结合装置测量的结果进行对比印证，对量子随机数产生的过程进行较为明显的演示，对量子随机数发生器的物理原理进行演示和教学，便于学生理解，有利于加深学生对量子随机数物理过程的理解，提升了量子学科实验的教学效果与质量。综上所述，本实用新型实施例解决了在实际教学过程中，量子随机数的物理系统比较抽象，其物理系统难以演示导致学生理解困难的问题。
52.可选地，可见光连续光束与光脉冲对应的可见光脉冲激光光束的频率、振动方向相同。
53.具体的，由于用于教学系统，需要让学生很清楚的看到，后续干涉过程中的光强变化，可见光连续光束与光脉冲对应的可见光脉冲激光光束的频率、振动方向相同。
54.可选地，光脉冲的单脉冲宽度大于或者等于1s。
55.具体的，由于光脉冲处于增益开光模式，这使得前后光脉冲之间相位是随机的，由于用于教学系统，需要让学生很清楚的看到，后续干涉过程中的光强变化，所以单脉冲宽度一般不小于1s。
56.图2是根据本实用新型实施例提供的又一种量子随机数教学演示装置的结构示意图，参考图2，可选地，控制芯片60包括数据采集与处理单元61；第一光强探测器51的输出端和第二光强探测器52的输出端分别与数据采集与处理单元61的第一输入端和第二输入端连接，数据采集与处理单元61用于根据第一电信号和第二电信号产生电平信号并将电平信号发送至上位机70；数据采集与处理单元61的输出端与上位机70的输入端连接，上位机70的输出端与激光驱动器10的输入端连接，上位机70用于根据电平信号显示结果。
57.图3是根据本实用新型实施例提供的一种数据采集与处理单元的结构示意图，参考图3，可选地，数据采集与处理单元61包括第一转换子单元611、第二转换子单元612、比较子单元613和时钟信号产生子单元614；第一光强探测器51的输出端与第一转换子单元611的输入端连接，第二光强探测器52的输出端与第二转换子单元612的输入端连接，第一转换子单元611的输出端与比较子单元613的第一端+连接，第二转换子单元612的输出端与比较子单元613的第二端-连接；时钟信号产生子单元614与比较子单元613的第三端连接，时钟信号产生子单元614用于向比较子单元613提供时钟信号；比较子单元613用于根据第一电信号和第二电信号输出高电平信号或低电平信号，并将高电平信号或低电平信号发送至上位机70。
58.继续参考图3，可选地，第一转换子单元611包括第一跨阻放大器，第二转换子单元612包括第二跨阻放大器，比较子单元613包括电压比较器。
59.具体的，第一转换子单元611和第二转换子单元612可以分别为第一跨阻放大器和第二跨阻放大器，分别与第一光强探测器51和第二光强探测器52相对应，比较子单元613可以为电压比较器。两个跨阻放大器用于将第一光强探测器51和第二光强探测器52所探测到的光电流转换为光电压信号，比较子单元613用于对两个跨阻放大器输出的两个光电压信号进行比较，输出高电平信号或低电平信号并发送至上位机70。
60.图4是根据本实用新型实施例提供的一种光学分束器干涉的示意图，图5是根据本实用新型实施例提供的又一种光学分束器干涉的示意图，图6是根据本实用新型实施例提供的又一种光学分束器干涉的示意图，参考图4、图5和图6，下面按照演示系统光学物理原理以及用户(学生)使用方法这两个部分进行介绍，首先介绍演示系统光学物理原理：
61.需要说明的是图4和图5为只有其中一束光单独通过光耦合器的情况，是为了便于演示而假设的情况，而实际本实施例中两束光会相互影响而导致两路输出的光强度不同。
62.在增益开光模式下工作的可见光脉冲激光器，由于每次发射脉冲前，都会完全关闭激光器，这使得，每一个脉冲在激光器中建立时，都会经过自发辐射过程，自发辐射产生的光子的相位是随机的，这使得最终脉冲光产生后，其整体相位是随机的。
63.通过光耦合器40的干涉过程，可以将可见光脉冲激光器的脉冲相位随机性转变为光强变化。连续激光入射至光耦合器40的能量为2p1，脉冲激光入射至光耦合器40的能量为2p2，在光耦合器40中相遇的脉冲激光与连续激光的相位差为由光耦合器40的a出口出射的光能量为p(a)，由光耦合器40的b出口出射的光能量为p(b)，
[0064][0065][0066]
其中，p1是连续激光入射至光耦合器40的能量的一半，p2是脉冲激光入射至光耦合器40的能量的一半。换言之，连续激光单独入射至光耦合器40这种情况下，其中任一个输出的能量为p1；脉冲激光单独入射至光耦合器40这种情况下，其中任一个输出的能量为p2。
[0067]
当相位差时，p(a)＝p1+p2＝p(b)，两条出射光路的亮度基本无差异；当相位差时，p(a)≠p(b)，两条出射光路有亮度差异。
[0068]
当相位差时(k为整数)，
[0069][0070][0071]
当p1＝p2＝p时，p(a)＝4p；p(b)＝0；出射光路a的亮度最亮，出射光路b亮度最低，二者亮度差异最大，是最明显的情况之一。
[0072]
当相位差时(k为整数)，
[0073][0074]
[0075]
当p1＝p2＝p时，p(a)＝0；p(b)＝4p；b出口的出射光路的亮度最亮，a出口的出射光路亮度最低，二者亮度差异最大，是最明显的情况之一。
[0076]
随机变化的光强，被第一光强探测器51和第二光强探测器52采集后，转变为随机变化的电流值，经过比较后，将随机比特值传递给上位机显示。
[0077]
用户使用时的工作方法如下：
[0078]
用户通过上位机软件设置脉冲光持续时间以及重复周期(mode1)，持续时间一般大于1s，可见光直流激光器发出连续激光脉冲，可见光脉冲激光器周期性的发出持续时间大于1s的脉冲激光。
[0079]
此外，可见光脉冲激光器的工作模式也可以设置为手动触发(mode2)，通过上位机控制触发可见光脉冲激光器建立新的发光阶段，所建立新的发光阶段的激光相位是随机的、且与连续激光的相位差保持不变；直到下一次触发，脉冲激光重新建立，新的脉冲激光从另一个随机的相位开始，与上一个脉冲的开始相位之间有一个随机相位差，与连续激光也有一个随机的相位差。
[0080]
在演示系统运行过程中，由于脉冲持续时间较长，同时激光器发射的是可见光光束，所以用户可以明显看到，干涉后的光束强度的随机变化，比如脉冲一，光耦合器40的a端输出光强较强，而后一个脉冲，光耦合器40的b端输出光强较强。
[0081]
用户可以记录每一次光脉冲对应的光强变化，比如，对于脉冲一，可以记录a端比b端强，而脉冲二记录b端比a端强。用户将自己观察到的光强随机变化效果与上位机中记录的光强比较结果进行对比。通过演示，用户可以很直观的观察到量子随机数对应的物理系统，并理解随机性的产生原理和现象。
[0082]
图7是根据本实用新型实施例提供的一种黑色背景板的分布位置示意图，参考图7，可选地，量子随机数教学演示装置还包括黑色背景板90，黑色背景板90设置于光耦合器40与第一光强探测器51以及第二光强探测器52之间。
[0083]
具体的，为了方便学生清楚地观察到现象，在光耦合器40到第一光强探测器51以及第二光强探测器52的光路之间设置黑色背景板。
[0084]
图8是根据本实用新型实施例提供的一种暗箱的分布位置示意图，参考图8，可选地，量子随机数教学演示装置还包括暗箱100，暗箱100设置于光耦合器40与第一光强探测器51以及第二光强探测器52之间；
[0085]
暗箱100包括第一观察窗口101和第二观察窗口102，第一观察窗口101用于通过可见光连续光束，第二观察窗口102用于通过光脉冲。
[0086]
具体的，为了方便学生清楚地观察到现象，在光耦合器40到第一光强探测器51以及第二光强探测器52的光路之间设置一个暗箱100，两个出射光路分别与设置的第一观察窗口101和第二观察窗口102相对应。
[0087]
图9是根据本实用新型实施例提供的一种不同工作模式对应的脉冲波形对比示意图，参考图9，可选地，可见光脉冲激光器的工作模式包括增益开关模式或手动触发模式。
[0088]
具体的，可见光脉冲激光器的第一工作模式1-mode1为增益开关模式，可见光脉冲激光器工作于增益开关模式(gate-switching)，周期性发射脉冲激光，每一个脉冲都重新建立新的激光发射，每个脉冲内的激光与连续激光的相位差固定，不同脉冲的激光与连续激光的相位差随机变化。
[0089]
可见光脉冲激光器的第二工作模式2-mode2为手动触发模式，每个脉冲的建立依靠手动触发，比如通过上位机显示界面的“脉冲生成”按钮。可见光脉冲激光器连续发光，并与另一台可见光直流激光器发射的激光发生耦合/干涉。学生可以自行调节脉冲之间的时间差，以便有充足的时间观察到光学分束器输出的光线亮暗对比。
[0090]
本实用新型实施例还提供了一种量子随机数教学演示系统，该量子随机数教学演示系统包括本实用新型任意实施例所提供的量子随机数教学演示装置。
[0091]
由于量子随机数教学演示系统包括本实用新型任意实施例提供的量子随机数教学演示装置，因此，上述量子随机数教学演示系统与量子随机数教学演示装置的有益效果相同，在此不再赘述。
[0092]
上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

技术特征：
1.一种量子随机数教学演示装置，其特征在于，包括：激光驱动器、可见光脉冲激光器、可见光直流激光器、光耦合器、第一光强探测器、第二光强探测器、控制芯片和上位机；所述激光驱动器的第一端和第二端分别与所述可见光脉冲激光器的输入端以及所述可见光直流激光器的输入端连接，所述激光驱动器用于根据所述上位机的控制信号驱动所述可见光直流激光器产生可见光连续光束以及驱动所述可见光脉冲激光器产生相位随机的光脉冲；所述光耦合器用于接收所述可见光连续光束和所述光脉冲，并将所述可见光连续光束和所述光脉冲进行耦合后，向所述第一光强探测器发出第一光强的第一光束，向所述第二光强探测器发出第二光强的第二光束；所述第一光强探测器用于根据所述第一光强产生第一电信号并将所述第一电信号传输至所述控制芯片，所述第二光强探测器用于根据所述第二光强产生第二电信号并将所述第二电信号传输至所述控制芯片；所述控制芯片用于根据所述第一电信号和所述第二电信号产生电平信号并传输至所述上位机，所述上位机用于根据所述电平信号显示结果。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可见光连续光束与所述光脉冲对应的可见光脉冲激光光束的频率、振动方向相同。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制芯片包括数据采集与处理单元；所述第一光强探测器的输出端和所述第二光强探测器的输出端分别与所述数据采集与处理单元的第一输入端和第二输入端连接，所述数据采集与处理单元用于根据所述第一电信号和所述第二电信号产生电平信号并将所述电平信号发送至所述上位机；所述数据采集与处理单元的输出端与所述上位机的输入端连接，所述上位机的输出端与所述激光驱动器的输入端连接，所述上位机用于根据所述电平信号显示结果。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据采集与处理单元包括第一转换子单元、第二转换子单元、比较子单元和时钟信号产生子单元；所述第一光强探测器的输出端与所述第一转换子单元的输入端连接，所述第二光强探测器的输出端与所述第二转换子单元的输入端连接，所述第一转换子单元的输出端与所述比较子单元的第一端连接，所述第二转换子单元的输出端与所述比较子单元的第二端连接；所述时钟信号产生子单元与所述比较子单元的第三端连接，所述时钟信号产生子单元用于向所述比较子单元提供时钟信号；所述比较子单元用于根据所述第一电信号和所述第二电信号输出高电平信号或低电平信号，并将所述高电平信号或低电平信号发送至所述上位机。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一转换子单元包括第一跨阻放大器，所述第二转换子单元包括第二跨阻放大器，所述比较子单元包括电压比较器。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光脉冲的单脉冲宽度大于或者等于1s。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括黑色背景板，所述黑色背景板设置于所述光耦合器与所述第一光强探测器以及所述第二光强探测器之间。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括暗箱，所述暗箱设置于所述光耦合
器与所述第一光强探测器以及所述第二光强探测器之间；所述暗箱包括第一观察窗口和第二观察窗口，所述第一观察窗口用于通过所述可见光连续光束，所述第二观察窗口用于通过所述光脉冲。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可见光脉冲激光器的工作模式包括增益开关模式或手动触发模式。10.一种量子随机数教学演示系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的量子随机数教学演示装置。

技术总结
本实用新型公开了量子随机数教学演示装置和演示系统。量子随机数教学演示装置包括激光驱动器、可见光脉冲激光器、可见光直流激光器、光耦合器、第一光强探测器、第二光强探测器、控制芯片和上位机；光耦合器接收可见光连续光束和光脉冲并进行耦合后，向第一光强探测器发出第一光强的第一光束，向第二光强探测器发出第二光强的第二光束；第一光强探测器根据第一光强产生第一电信号并传输至控制芯片，第二光强探测器根据第二光强产生第二电信号并传输至控制芯片，控制芯片根据第一电信号和第二电信号产生电平信号并传输至上位机，上位机根据电平信号显示结果。本实用新型对量子随机数产生过程进行演示和量子随机数发生器的物理原理进行演示和教学。理原理进行演示和教学。理原理进行演示和教学。


技术研发人员：丁禹阳 李泽忠 安雪碧 刘午
受保护的技术使用者：合肥硅臻芯片技术有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/20