СПОСОБ И СИСТЕМА ГЕНЕРАЦИИ ВЫБОРКИ СЛУЧАЙНЫХ БИТ

1. Способ генерации выборки случайных бит с помощью квантового барьера с туннельным переходом, содержащего диэлектрик, расположенный между двумя проводниками, при этом способ включает этапы, на которых
генерируют поток носителей заряда, туннельно переходящих из первого из указанных двух проводников во второй из указанных двух проводников через диэлектрик, при этом поток осуществивших туннельный переход носителей заряда имеет мгновенный уровень, изменение которого происходит случайным образом из-за флуктуаций при квантовом туннелировании, и образует первичный сигнал;
из указанного первичного сигнала получают выборку первичных бит с первым числом n бит, при этом первое число n бит представляет собой целое число;
извлекают случайность из выборки первичных бит с образованием выборки случайных бит, при этом выборка случайных бит содержит второе число m бит, которое меньше первого числа n бит, при этом указанное извлечение осуществляют по калибровочным данным, содержащим по меньшей мере:
значение квантового вклада указанных флуктуаций при квантовом туннелировании в указанной выборке первичных бит; и
значение внешнего вклада в указанной выборке первичных бит.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в основе указанного второго числа m бит лежит число бит на выборку первичных бит, которые нужно сохранить, при этом второе число m бит определяют по минимальной энтропии указанных флуктуаций при квантовом туннелировании, при этом указанная минимальная энтропия указанных квантовых флуктуаций зависит от указанного значения квантового вклада и указанного значения внешнего вклада.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное извлечение включает в себя определение указанных калибровочных данных по данным о дисперсии, указывающим то, как происходит изменение дисперсии выборок первичных бит, полученных из указанного квантового барьера с туннельным переходом, в зависимости от напряжения, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанные данные о дисперсии получают из уравнения, эквивалентного следующему
2
j
ext
где σ обозначает указанные данные о дисперсии, А обозначает эффективный коэффициент усиления указанного получения, S обозначает указанное значение квантового вклада флуктуаций при квантовом туннелировании в выборке первичных бит, a S обозначает значение внешнего вклада в выборке первичных бит.
j
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что указанное значение S квантового вклада получают из уравнения, эквивалентного следующему
B
где е обозначает заряд электрона, R обозначает сопротивление квантового барьера с туннельным переходом, V обозначает напряжение, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, k обозначает постоянную Больцмана, а Τ обозначает температуру, при которой эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
ext
2
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что указанное значение S внешнего вклада определяют по меньшей мере по одному из значения указанных данных σ о дисперсии при нулевом напряжении, полученного из уравнения, эквивалентного следующему
2
i
thres
и значения указанных данных σ о дисперсии при напряжении V, которое выше определенного порогового напряжения V и которое можно получить из уравнения, эквивалентного следующему:
i
B
где е обозначает заряд электрона, R обозначает сопротивление квантового барьера с туннельным переходом, V обозначает напряжение, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, k обозначает постоянную Больцмана, а Τ обозначает температуру, при которой эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
7. Способ по п. 3, дополнительно включающий этапы, на которых: определяют указанные данные о дисперсии путем изменения напряжения, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, и измерения дисперсии выборки первичных бит по мере изменения указанного напряжения.
8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанные данные о дисперсии получают из доступной запоминающей системы.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные калибровочные данные получают из доступной запоминающей системы.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное извлечение включает этапы, на которых
сравнивают предыдущие калибровочные данные, отражающие калибровочные данные за предыдущий момент времени, с более поздними калибровочными данными, отражающими калибровку в более поздний момент времени, и
генерируют оповещение, если разность между предыдущими калибровочными данными и более поздними калибровочными данными превышает значение допуска.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что указанное сравнение включает в себя этап, на котором
определяют текущие калибровочные данные по текущим данным о дисперсии, полученным путем изменения напряжения, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, с одновременным измерением дисперсии выборки первичных бит, при этом указанные текущие калибровочные данные соответствуют указанным более поздним калибровочным данным.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное получение включает этапы, на которых получают множество выборок исходных бит и сцепляют это множество выборок исходных бит с образованием выборки первичных бит.
13. Способ по п. 12, дополнительно включающий этап, на котором определяют число бит на выборку исходных бит, которые нужно сохранить, по минимальной энтропии указанных флуктуаций при квантовом туннелировании, при этом выборка первичных бит включает в себя определенное число сцепленных выборок исходных бит, при этом указанное определенное число определяют таким образом, чтобы результат его умножения на указанное число бит, которые нужно сохранить, представлял собой целое число.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное извлечение включает в себя этап, на котором умножают выборку первичных бит на матрицу случайных величин, сгенерированную с использованием исходной выборки начальных бит, с получением указанной выборки случайных бит.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что указанная выборка первичных бит представляет собой первую выборку первичных бит, а указанная выборка случайных бит представляет собой первую выборку случайных бит, при этом способ дополнительно включает этапы, на которых повторяют указанное получение для получения второй выборки первичных бит, генерируют другую матрицу случайных величин, используя по меньшей мере часть указанной первой выборки случайных бит в качестве исходной выборки начальных бит, и повторяют указанное извлечение в отношении второй выборки первичных бит, используя указанную другую матрицу случайных величин.
16. Способ по п. 1, дополнительно включающий этапы, на которых: повторяют указанное получение для получения множества последовательных выборок первичных бит и повторяют указанное извлечение в отношении каждой из указанных последовательных выборок первичных бит с созданием, тем самым, потока случайных бит.
17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное получение включает этап, на котором дискретизируют первичный сигнал с присвоением значения мгновенному уровню потока.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что выборка первичных бит соответствует значению мгновенного уровня потока.
19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанное получение включает этап, на котором получают выборку исходных бит в результате указанного присвоения, при этом выборка исходных бит соответствует значению мгновенного уровня потока, и дополнительно включает этап, на котором повторяют указанную дискретизацию с получением множества выборок исходных бит и сцепляют указанное множество выборок исходных бит с образованием выборки первичных бит.
20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное получение включает этапы, на которых выявляют пересечения мгновенным уровнем потока определенного значения в ходе изменения мгновенного уровня потока и определяют период времени, прошедший между двумя последовательными пересечениями, с присвоением значения указанному прошедшему периоду времени.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что указанное получение включает этап, на котором получают выборку исходных бит в результате указанного присвоения, при этом выборка исходных бит соответствует указанному прошедшему периоду времени, и дополнительно включает этапы, на которых повторяют указанное выявление и указанное определение с получением множества выборок исходных бит и сцепляют указанное множество выборок исходных бит с образованием выборки первичных бит.
22. Способ по п. 1, дополнительно включающий этап, на котором усиливают указанный первичный сигнал.
23. Система генерации выборки случайных бит, содержащая
цепь квантового барьера с туннельным переходом, содержащую квантовый барьер с туннельным переходом, включающий в себя диэлектрик, расположенный между двумя проводниками, поток носителей заряда, предусмотренных с возможностью туннельного перехода из первого из указанных двух проводников во второй из указанных двух проводников через диэлектрик, при этом поток осуществивших туннельный переход носителей заряда имеет мгновенный уровень, изменение которого происходит случайным образом из-за флуктуаций при квантовом туннелировании, и образует первичный сигнал;
регистратор, выполненный с возможностью приема указанного первичного сигнала и получения, из указанного первичного сигнала, выборки первичных бит с первым числом n бит, при этом первое число n бит представляет собой целое число; и
экстрактор случайности, выполненный с возможностью извлечения случайности из выборки первичных бит с образованием выборки случайных бит, при этом выборка случайных бит содержит второе число m бит, которое меньше первого числа n бит, при этом указанное извлечение основано на калибровочных данных, содержащих по меньшей мере значение квантового вклада указанных флуктуаций при квантовом туннелировании в указанной выборке первичных бит; и значение внешнего вклада в указанной выборке первичных бит.
24. Система по п. 23, отличающаяся тем, что в основе указанного второго числа m бит лежит число бит на выборку первичных бит, которое нужно сохранить, при этом второе число m бит определяют по минимальной энтропии указанных флуктуаций при квантовом туннелировании, при этом указанная минимальная энтропия указанных квантовых флуктуаций зависит от указанного значения квантового вклада и указанного значения внешнего вклада.
25. Система по п. 23, отличающаяся тем, что указанное извлечение включает в себя определение указанных калибровочных данных по данным о дисперсии, указывающим то, как происходит изменение дисперсии выборок первичных бит, полученных из указанного квантового барьера с туннельным переходом, в зависимости от напряжения, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
26. Система по п. 25, отличающаяся тем, что указанные данные о дисперсии получают из уравнения, эквивалентного следующему
2
j
ext
где σ обозначает указанные данные о дисперсии, А обозначает эффективный коэффициент усиления указанного получения, S обозначает указанное значение квантового вклада флуктуаций при квантовом туннелировании в выборке первичных бит, a S обозначает значение внешнего вклада в выборке первичных бит.
27. Система по п. 26, отличающаяся тем, что указанное значение S, квантового вклада получают из уравнения, эквивалентного следующему
B
где е обозначает заряд электрона, R обозначает сопротивление квантового барьера с туннельным переходом, V обозначает напряжение, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, k обозначает постоянную Больцмана, а Τ обозначает температуру, при которой эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
ext
2
28. Система по п. 26, отличающаяся тем, что указанное значение S внешнего вклада определяют по меньшей мере по одному из значения указанных данных σ о дисперсии при нулевом напряжении, полученного из уравнения, эквивалентного следующему
2
h
thres
и значения указанных данных σ о дисперсии при напряжении V которое выше определенного порогового напряжения V и которое можно получить из уравнения, эквивалентного следующему
i
B
где е обозначает заряд электрона, R обозначает сопротивление квантового барьера с туннельным переходом, V обозначает напряжение, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, k обозначает постоянную Больцмана, а T обозначает температуру, при которой эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом.
29. Система по п. 25, в которой дополнительно определяют указанные данные о дисперсии путем изменения напряжения, при котором эксплуатируют квантовый барьер с туннельным переходом, и измерения дисперсии выборки первичных бит по мере изменения указанного напряжения.
30. Система по п. 23, дополнительно содержащая усилитель, выполненный с возможностью усиления указанного первичного сигнала.