專利名稱：基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路。
背景技術(shù)：
隨機(jī)源在數(shù)值計(jì)算、Monte Carlo模擬、隨機(jī)抽樣、預(yù)測(cè)、檢測(cè)、密碼學(xué)、通信安全和信息安全等方面發(fā)揮著重要作用，在電網(wǎng)的分析、仿真、建模、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、運(yùn)維和控制、加密及防災(zāi)減災(zāi)等很多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。利用數(shù)學(xué)方法通過(guò)計(jì)算機(jī)算法產(chǎn)生的隨機(jī)源，其隨機(jī)序列輸出能夠預(yù)測(cè)，所以稱為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(Pseudo-Random Number Generator, PRNG)。選取真實(shí)世界隨機(jī)性,利用物理方法產(chǎn)生的隨機(jī)源，其隨機(jī)序列輸出不可預(yù)測(cè)(即隨機(jī)不確定性，具有不可預(yù)知性)、 不能重復(fù)產(chǎn)生(即非周期性)，所以稱為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(True Random Number Generator,TRNG)。很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)φ骐S機(jī)源提出了越來(lái)越多的需求，真隨機(jī)源成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，以光子為光量子，來(lái)產(chǎn)生真隨機(jī)源，并通過(guò)邏輯電路消除多光子和噪聲，用跨時(shí)鐘域緩存技術(shù)，以電信號(hào)的形式輸出可變速率的真隨機(jī)源。滿足電力生產(chǎn)控制類和管理類業(yè)務(wù)的需求，為智能電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)提供技術(shù)保障。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，其改進(jìn)之處在于，所述電路包括依次連接的單光子源、單光子探測(cè)器和隨機(jī)源輸出單元；輸出的真隨機(jī)信號(hào)最大碼速率為f，可控制輸出的真隨機(jī)信號(hào)碼速率范圍是0到f。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述單光子源包括脈沖激光器(I)、45°起偏器
(2)、90/10光分束器(3)、光延時(shí)線(5)、光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)、可調(diào)光衰減器(6)和同步信號(hào)源(16);所述脈沖激光器(I)輸出脈沖激光，經(jīng)過(guò)所述45°起偏器(2)，將脈沖激光偏振化為線偏振光子源傳輸至所述90/10光分束器(3)，所述90/10光分束器(3)將線偏振光子源分為2束，將其中的90%給所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)，10%給所述光延時(shí)線(5);所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，作為粗調(diào)控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器￠);微調(diào)控制邏輯模塊(26)發(fā)出控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器(6);可調(diào)光衰減器對(duì)所述光延時(shí)線(5)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行衰減并輸出單光子的光脈沖；所述同步信號(hào)源(16)輸出同步信號(hào)源時(shí)鐘給所述脈沖激光器(I)和所述單光子探測(cè)器。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述光延時(shí)線(5)的延時(shí)時(shí)間為所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的延時(shí)時(shí)間、其邏輯處理的延時(shí)時(shí)間和可調(diào)光衰減器(6)調(diào)整相應(yīng)延時(shí)時(shí)間等三者之和。
本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述單光子探測(cè)器包括水平/垂直偏振光分束器(7)、光電倍增管(8,9)、放大器(10，11)、鑒別器(12，13)、計(jì)數(shù)器(14，15)、微調(diào)控制邏輯模塊(26)、計(jì)數(shù)差異比較器(17)和差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24);所述水平/垂直偏振光分束器(7)，將單光子光脈沖隨機(jī)地分成垂直偏振和水平偏振兩路；所述光電倍增管(8)和所述光電倍增管(9)的工作電壓分別受所述差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24)的控制，并分別將水平偏振的光脈沖和垂直偏振的單光子光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；所述放大器(10)和所述放大器(11)分別將水平偏振單光子和垂直偏振單光子的電信號(hào)放大；所述鑒別器(12)對(duì)所述放大器(10)發(fā)出的放大后的水平偏振單光子電信號(hào)進(jìn)行鑒別；所述鑒別器(13)對(duì)所述放大器(11)發(fā)出的放大后的垂直偏振單光子電信號(hào)進(jìn)行鑒別；所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)，在所述同步信號(hào)源(16)輸出時(shí)鐘的控制下，分別進(jìn)行水平偏振單光子和垂直偏振單光子的電信號(hào)計(jì)數(shù)，并向所述隨機(jī)源輸出單元輸出信號(hào)，還通過(guò)所述微調(diào)控制邏輯模塊
(26)發(fā)出控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器(6)。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述計(jì)數(shù)差異比較器(17)，控制所述45°起偏器(2)的偏振方向，并保證水平/垂直偏振光分束器(7)與45°起偏器(2)成45° ,使 光子等概率通過(guò)水平/垂直偏振光分束器的兩正交通路，保證光子從兩路正交地出射均衡(50 50)。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述微調(diào)控制邏輯模塊(26)，接收到所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)同時(shí)發(fā)出的連續(xù)“I”時(shí)，增大可調(diào)光衰減器￠)的光衰減值；當(dāng)接收到所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)同時(shí)發(fā)出的連續(xù)“0”時(shí)，減小可調(diào)光衰減器
(6)的光衰減值。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述隨機(jī)源輸出單元包括異或門(mén)(18)、與門(mén)(19、21)、先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)和時(shí)鐘提取模塊(23);所述異或門(mén)(18)，對(duì)計(jì)數(shù)器(14)和計(jì)數(shù)器(15)的輸出信號(hào)取異或；所述與門(mén)(19)，對(duì)所述計(jì)數(shù)器(14)和所述異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果傳輸?shù)剿鱿冗M(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20)；所述與門(mén)(21)，對(duì)所述計(jì)數(shù)器(15)和所述異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果傳輸?shù)剿鱿冗M(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(22);所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20)向所述異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器(25)傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24)，統(tǒng)計(jì)分析所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)的讀數(shù)據(jù)差異，微調(diào)光電倍增管工作電壓，控制光電倍增管量子效率差異最小，保證所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20)輸出的0與I的個(gè)數(shù)為
I Io本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，時(shí)鐘提取模塊(23)，根據(jù)同步信號(hào)源(16)和異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)提取時(shí)鐘。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)采用型號(hào)為IDT7007或者CY7C08D53的芯片；所述異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器(25)采用型號(hào)為 XC4VFX60 或者 CY7C421-20JXI。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，光電倍增管(8，9)被單光子雪崩二極管、超導(dǎo)單光子探測(cè)器、量子點(diǎn)單光子探測(cè)器或可見(jiàn)光子計(jì)數(shù)器任一替代。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，通過(guò)異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器及其輸出控制邏輯，解決跨時(shí)鐘域且抑制亞穩(wěn)態(tài)、提高輸出碼速率的問(wèn)題，產(chǎn)生碼速率可控制變化的真隨機(jī)信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)O到f 可變速率的真隨機(jī)源；通過(guò)控制邏輯，調(diào)整45°起偏器，使水平/垂直偏振光分束器與起偏器成45°，解決光量子等概率通過(guò)水平/垂直偏振光分束器的兩正交通路問(wèn)題，保證光子從兩路正交地出射均衡(50 50);而且，通過(guò)前饋和反饋控制邏輯，調(diào)整可調(diào)光衰減器，保證單光子輸出；通過(guò)控制邏輯，微調(diào)光電倍增管工作電壓，解決水平偏振光與垂直偏振光的光電倍增管量子效率差異問(wèn)題，保證0與I的個(gè)數(shù)為I : 1，實(shí)現(xiàn)真隨機(jī)性；還有，通過(guò)兩路正交信號(hào)的邏輯處理，消除多光子重疊、消除光電倍增管暗電流(即本底噪聲)影響、消除兩路均無(wú)光子的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的真隨機(jī)性；再者，通過(guò)I個(gè)前饋控制和3個(gè)反饋控制及其他控制邏輯，抵御電力復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)真隨機(jī)源工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，保障智能電網(wǎng)的應(yīng)用需求。


圖I為變速真隨機(jī)源邏輯電路的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。 圖2為微調(diào)45°起偏器偏振方向控制流程圖。圖3為微調(diào)光電倍增管工作電壓控制流程圖。圖4為可調(diào)光衰減器的控制邏輯流程圖。
具體實(shí)施例方式從智能電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度、信息和通信等8個(gè)環(huán)節(jié)角度，本發(fā)明可以解決的具體應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題舉例如下智能電網(wǎng)的發(fā)電環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在常規(guī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域火電、水電和核電的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的預(yù)測(cè)和仿真、新能源發(fā)電及接入技術(shù)領(lǐng)域的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)行、監(jiān)控、檢修和維護(hù)技術(shù)、分布式供電技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)行與控制、試驗(yàn)與檢測(cè)等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。智能電網(wǎng)的輸電環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在大電網(wǎng)安全分析與規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域的大電網(wǎng)建模與仿真、分析與智能決策技術(shù)、輸電網(wǎng)安全控制與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析和試驗(yàn)技術(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行管理技術(shù)領(lǐng)域的檢測(cè)與監(jiān)控/故障診斷與狀態(tài)評(píng)估/可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)/狀態(tài)檢修策略/設(shè)備壽命周期成本管理與安全運(yùn)行技術(shù)等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在變電站自動(dòng)化測(cè)量與控制技術(shù)中的隨機(jī)性的建模、仿真、分析預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。
智能電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域隨機(jī)性的建模、仿真、分析預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策技術(shù)等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。智能電網(wǎng)的用電環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在用電服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域的用電互動(dòng)信息的安全與隱私保護(hù)等方面，可以增強(qiáng)用電互動(dòng)信息的機(jī)密性及改善其完整性。 智能電網(wǎng)的調(diào)度環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在調(diào)度自動(dòng)化測(cè)量與控制技術(shù)中的隨機(jī)性的建模、仿真、分析預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。智能電網(wǎng)的電力信息環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在電力信息的隨機(jī)性建模與仿真等方面，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在電力專用縱向加密認(rèn)證裝置、電力安全撥號(hào)網(wǎng)關(guān)、利用公網(wǎng)專用安全通信網(wǎng)關(guān)、利用公網(wǎng)專用安全通信裝置中的專用密碼與認(rèn)證技術(shù)和電力調(diào)度數(shù)字證書(shū)系統(tǒng)等方面，可以增強(qiáng)其機(jī)密性改善其完整性。智能電網(wǎng)的電力通信環(huán)節(jié)應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在SDH/0TN等設(shè)備隨機(jī)測(cè)試序列等方面，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。智能電網(wǎng)的其他應(yīng)用利用本發(fā)明的可變速率的真隨機(jī)源產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用在以下三個(gè)方面，電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域的防雷、防污、防冰、防地震、防風(fēng)技術(shù)中的建模與仿真、預(yù)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策，電網(wǎng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的節(jié)能控制、.電能質(zhì)量等的隨機(jī)性建模、仿真與分析，電力市場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)域的隨機(jī)性的建模、仿真、分析預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策技術(shù)，可以改善計(jì)算精確度與速度相互制約的問(wèn)題，相對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)序列，真隨機(jī)數(shù)序列可以改進(jìn)計(jì)算精確度和提高速度。本發(fā)明的技術(shù)方案舉例如下本發(fā)明根據(jù)電力生產(chǎn)控制類和管理類業(yè)務(wù)需求，在輸出控制邏輯控制下，可以產(chǎn)生寬范圍可控制調(diào)整的真隨機(jī)源。輸出的真隨機(jī)信號(hào)最大碼速率為f，可控制輸出的真隨機(jī)信號(hào)碼速率范圍是0到f。例如1，對(duì)64(kbps)以太網(wǎng)接口的繼電保護(hù)或故障信息管理系統(tǒng)(繼電保護(hù)遠(yuǎn)方修改定值、遠(yuǎn)方投退等控制功能)信號(hào)進(jìn)行一次一密加密時(shí)，實(shí)際選取的異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間為8*1024(bits);若異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器輸出的真隨機(jī)信號(hào)最大碼速率約為200 (kbps)，則可控制輸出的真隨機(jī)信號(hào)碼速率范圍是0到200 (kbps)。將異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器讀指針和寫(xiě)指針的二進(jìn)制碼，采用Gray碼編碼技術(shù)產(chǎn)生讀空標(biāo)志位信號(hào)和寫(xiě)滿標(biāo)志位信號(hào)。若出現(xiàn)讀空標(biāo)志位信號(hào)則作異常報(bào)警。若寫(xiě)入90%滿時(shí)，丟棄全部已寫(xiě)數(shù)據(jù)，寫(xiě)指針復(fù)零，繼續(xù)正常工作。如圖I所示，基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，作為真隨機(jī)源。脈沖激光器輸出脈沖激光器，經(jīng)過(guò)45°起偏器，將脈沖激光偏振化為線偏振光子源，經(jīng)過(guò)光分束器(90/10)，將為線偏振光子源分為2束，90%給光功率計(jì)及處理邏輯4，10%給光延時(shí)線5。光功率計(jì)及處理邏輯模塊4，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，作為粗調(diào)控制信號(hào)，去控制可調(diào)光衰減器。根據(jù)光功率計(jì)的值計(jì)算可調(diào)光衰減器的輸入光功率，再依據(jù)脈沖激光器的工作波長(zhǎng)和脈沖頻率，計(jì)算衰減量，去控制可調(diào)光衰減器(粗調(diào))，例如脈沖激光器的脈沖頻率為100kHz、可調(diào)光衰減器的輸入光脈沖功率為20nW時(shí)，脈沖激光器的工作波 長(zhǎng)為 780nm、850nm, 1310nm、1550nm，對(duì)應(yīng)的光衰減值取 68. 9dB、69. 3dB、71. 2dB、71. 9dB。光延時(shí)線5，其延時(shí)時(shí)間為所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的延時(shí)時(shí)間、其邏輯處理的延時(shí)時(shí)間和可調(diào)光衰減器(6)調(diào)整相應(yīng)延時(shí)時(shí)間等三者之和?？烧{(diào)光衰減器6，衰減后輸出單光子的光脈沖，受光功率計(jì)及處理邏輯模塊4控制(粗調(diào))，同時(shí)受微調(diào)控制邏輯模塊26的控制(細(xì)調(diào))。水平/垂直偏振光分束器7，將光脈沖隨機(jī)地分成垂直偏振和水平偏振兩路。 光電倍增管8，將水平偏振的光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其工作電壓受差異統(tǒng)計(jì)分析比較器24控制。光電倍增管9，將垂直偏振的光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其工作電壓受差異統(tǒng)計(jì)分析比較器24控制。放大器10，進(jìn)行水平偏振光的電信號(hào)放大。放大器11，進(jìn)行垂直偏振光的電信號(hào)放大。鑒別器12，進(jìn)行水平偏振光的電信號(hào)鑒別。鑒別器13，進(jìn)行垂直偏振光的電信號(hào)鑒別。計(jì)數(shù)器14，在同步信號(hào)源16輸出時(shí)鐘的控制下，進(jìn)行水平偏振光的電信號(hào)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器15，在同步信號(hào)源16輸出時(shí)鐘的控制下，進(jìn)行垂直偏振光的電信號(hào)計(jì)數(shù)。同步信號(hào)源16，其輸出同步信號(hào)源時(shí)鐘給脈沖激光器I、計(jì)數(shù)器14、計(jì)數(shù)器15和時(shí)鐘提取模塊23。計(jì)數(shù)差異比較器17，控制微調(diào)45°起偏器2的偏振方向，保證水平/垂直偏振光分束器7輸出的兩路垂直偏振光功率相同。異或門(mén)18，對(duì)計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器15的輸出信號(hào)取異或。與門(mén)19，對(duì)計(jì)數(shù)器14和異或門(mén)18的輸出信號(hào)取邏輯與。先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器20，其寫(xiě)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)源于異或門(mén)18的輸出，寫(xiě)數(shù)據(jù)來(lái)源于與門(mén)19的輸出；時(shí)鐘提取模塊23輸出作為讀時(shí)鐘信號(hào)，讀數(shù)據(jù)作為輸出給異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器25。
與門(mén)21，對(duì)計(jì)數(shù)器15和異或門(mén)18的輸出信號(hào)取邏輯與。先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器22，其寫(xiě)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)源于異或門(mén)18的輸出，寫(xiě)數(shù)據(jù)來(lái)源于與門(mén)21的輸出；時(shí)鐘提取模塊23輸出作為讀時(shí)鐘信號(hào)，讀數(shù)據(jù)作為輸出給異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器25。時(shí)鐘提取模塊23，根據(jù)同步信號(hào)源16和異或門(mén)18輸出信號(hào)提取時(shí)鐘。差異統(tǒng)計(jì)分析比較器24，統(tǒng)計(jì)分析先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器20與先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器22的讀數(shù)據(jù)差異。異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器25，在讀時(shí)鐘信號(hào)控制下，通過(guò)讀數(shù)據(jù)端口作為輸出。微調(diào)控制邏輯模塊26，當(dāng)計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器15同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)“I”時(shí)，控制可 調(diào)光衰減器(細(xì)調(diào))，增大光衰減值；當(dāng)計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器15同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)“0”時(shí)，控制可調(diào)光衰減器(細(xì)調(diào))，減小光衰減值。微調(diào)45°起偏器偏振方向控制邏輯。根據(jù)圖2中計(jì)數(shù)差異比較器17計(jì)數(shù)差異比較器，微調(diào)45°起偏器偏振方向，使水平/垂直偏振光分束器與起偏器成45°，保證光子從兩路正交的出射的概率為I : 1，且功率相同。微調(diào)45°起偏器偏振方向控制邏輯。判斷圖3中I. 24統(tǒng)計(jì)分析0與I的個(gè)數(shù)差異，微調(diào)光電倍增管工作電壓，控制光電倍增管量子效率差異，保證0與I的個(gè)數(shù)為1:1。微調(diào)控制邏輯如下當(dāng)圖4中計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器15同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)“I”時(shí)，控制可調(diào)光衰減器(細(xì)調(diào))，增大光衰減值；當(dāng)圖4中計(jì)數(shù)器14和計(jì)數(shù)器15同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)連續(xù)“0”時(shí)，控制可調(diào)光衰減器(細(xì)調(diào))，減小光衰減值。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，其特征在于，所述電路包括依次連接的單光子源、單光子探測(cè)器和隨機(jī)源輸出單元；輸出的真隨機(jī)信號(hào)最大碼速率為f，可控制輸出的真隨機(jī)信號(hào)碼速率范圍是O到f。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述單光子源包括脈沖激光器(1)、45°起偏器(2)、90/10光分束器(3)、光延時(shí)線(5)、光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)、可調(diào)光衰減器(6)和同步信號(hào)源(16);所述脈沖激光器(I)輸出脈沖激光，經(jīng)過(guò)所述45°起偏器(2)，將脈沖激光偏振化為線偏振光子源傳輸至所述90/10光分束器(3)，所述90/10光分束器(3)將線偏振光子源分為2束，將其中的90%給所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)，10%給所述光延時(shí)線(5);所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，作為粗調(diào)控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器￠);微調(diào)控制邏輯模塊(26)發(fā)出控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器￠);可調(diào)光衰減器對(duì)所述光延時(shí)線(5)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行衰減并輸出單光子的光脈沖；所述同步信號(hào)源(16)輸出同步信號(hào)源時(shí)鐘給所述脈沖激光器(I)和所述單光子探測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述光延時(shí)線(5)的延時(shí)時(shí)間為所述光功率計(jì)及處理邏輯模塊(4)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的延時(shí)時(shí)間、其邏輯處理的延時(shí)時(shí)間和可調(diào)光衰減器(6)調(diào)整相應(yīng)延時(shí)時(shí)間等三者之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述單光子探測(cè)器包括水平/垂直偏振光分束器(7)、光電倍增管(8,9)、放大器(10，11)、鑒別器(12，13)、計(jì)數(shù)器(14，15)、微調(diào)控制邏輯模塊(26)、計(jì)數(shù)差異比較器(17)和差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24);所述水平/垂直偏振光分束器(7)，將單光子光脈沖隨機(jī)地分成垂直偏振和水平偏振兩路；所述光電倍增管(8)和所述光電倍增管(9)的工作電壓分別受所述差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24)的控制，并分別將水平偏振的光脈沖和垂直偏振的單光子光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；所述放大器(10)和所述放大器(11)分別將水平偏振單光子和垂直偏振單光子的電信號(hào)放大；所述鑒別器(12)對(duì)所述放大器(10)發(fā)出的放大后的水平偏振單光子電信號(hào)進(jìn)行鑒別；所述鑒別器(13)對(duì)所述放大器(11)發(fā)出的放大后的垂直偏振單光子電信號(hào)進(jìn)行鑒別；所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)，在所述同步信號(hào)源(16)輸出時(shí)鐘的控制下，分別進(jìn)行水平偏振單光子和垂直偏振單光子的電信號(hào)計(jì)數(shù)，并向所述隨機(jī)源輸出單元輸出信號(hào)，還通過(guò)所述微調(diào)控制邏輯模塊(26)發(fā)出控制信號(hào)，控制所述可調(diào)光衰減器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述計(jì)數(shù)差異比較器(17)，控制所述45°起偏器(2)的偏振方向，并保證水平/垂直偏振光分束器(7)與45°起偏器(2)成45°，使光子等概率通過(guò)水平/垂直偏振光分束器的兩正交通路，保證光子從兩路正交地出射均衡(50 50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述微調(diào)控制邏輯模塊(26)，接收到所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)同時(shí)發(fā)出的連續(xù)“I”時(shí)，增大可調(diào)光衰減器￠)的光衰減值；當(dāng)接收到所述計(jì)數(shù)器(14)和所述計(jì)數(shù)器(15)同時(shí)發(fā)出的連續(xù)“0”時(shí)，減小可調(diào)光衰減器(6)的光衰減值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述隨機(jī)源輸出單元包括異或門(mén)(18)、與門(mén)(19、21)、先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)和時(shí)鐘提取模塊(23);所述異或門(mén)(18)，對(duì)計(jì)數(shù)器(14)和計(jì)數(shù)器(15)的輸出信號(hào)取異或；所述與門(mén)(19)，對(duì)所述計(jì)數(shù)器(14)和所述異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果傳輸?shù)剿鱿冗M(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20);所述與門(mén)(21)，對(duì)所述計(jì)數(shù)器(15)和所述異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果傳輸?shù)剿鱿冗M(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(22);所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20)向所述異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器(25)傳輸數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述差異統(tǒng)計(jì)分析比較器(24)，統(tǒng)計(jì)分析所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)的讀數(shù)據(jù)差異，微調(diào)光電倍增管工作電壓，控制光電倍增管量子效率差異最小，保證所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20)輸出的0與I的個(gè)數(shù)為I Io
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，時(shí)鐘提取模塊(23)，根據(jù)同步信號(hào)源(16)和異或門(mén)(18)的輸出信號(hào)提取時(shí)鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的電路，所述先進(jìn)先出雙端口存儲(chǔ)器(20、22)采用型號(hào)為IDT7007或者CY7C08D53的芯片；所述異步先進(jìn)先出雙端口循環(huán)存儲(chǔ)器(25)采用型號(hào)為XC4VFX60 或者 CY7C421-20JXI。
11.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，光電倍增管(8，9)被單光子雪崩二極管、超導(dǎo)單光子探測(cè)器、量子點(diǎn)單光子探測(cè)器或可見(jiàn)光子計(jì)數(shù)器任一替代。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，包括依次連接的單光子源、單光子探測(cè)器和隨機(jī)源輸出單元。本發(fā)明提供的基于量子物理應(yīng)用于電力系統(tǒng)的變速真隨機(jī)源邏輯電路，能抵御電力復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)真隨機(jī)源工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整，滿足了電力生產(chǎn)控制類和管理類業(yè)務(wù)的需求，為智能電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)提供技術(shù)保障。
文檔編號(hào)H03K19/20GK102723947SQ20121020586
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者苗新, 陳希 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院