KR20190129619A - 양자 난수 생성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에서는 방사성 동위원소로부터 방출되는 복수의 방출 입자를 각각 독립적으로 흡수하는 복수의 셀을 포함하는 공간 분할 반도체 감지기와, 복수의 방출 입자가 복수의 셀에 흡수되는 흡수 이벤트에 기반하여 난수를 생성하는 신호 처리기를 포함하는 양자 난수 생성 장치를 제공함으로써, 방출 입자의 공간적 랜덤성과 기존의 시간적 랜덤성을 결합한 새로운 방식의 난수 변환 기술을 제공할 수 있고, 불감 시간의 제약이 발생하지 않으며, 난수 생성 속도를 획기적으로 증대시킬 수 있고, 컴퓨터나 네트워크 프로세서, 그리고 IoT 디바이스 등에서 요구하는 고속의 순수 난수 생성이 가능하다.

Description

양자 난수 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING QUANTUM RANDOM NUMBER}

본 발명의 실시예는 양자 난수를 생성하는 장치 및 양자 난수를 생성하는 방법에 관한 것이다.

방사성 동위원소의 자연붕괴 현상은, 붕괴 이벤트의 랜덤성(무작위성), 이전 이벤트와의 무상관성, 물리적 환경 조건에 무관성 등 순수 난수용 엔트로피로 사용될 수 있는 특징을 모두 갖고 있다.

최근 정보보안 분야에서는 날로 고도화되고 있는 해킹(hacking)을 방지하는 데 가장 효과적인 순수 난수와 관련된 기술이 다수 이용된다. 관련 업체에서 사용하는 순수 난수는 대부분 소수 전문기관으로부터 공급받아 사용하고 있다.

하지만, 현재 전문기관들이 운용하고 있는 순수 난수 생성 장치들 모두 난수 생성 속도가 충분히 빠르지 않다는 문제점이 있다. 상기한 바와 같은 문제점은 전자 상거래나 모바일 인증 등 처리되어야 할 건들이 많고 시급을 요하는 정보처리 분야에서는 치명적인 지연 요소가 된다. 따라서, 순수 난수 생성 장치의 난수 생성 속도를 향상시키는 것이 중요하다.

유사 난수는 소프트웨어를 기반으로 하는 알고리즘을 통해 생성되지만, 순수 난수는 하드웨어를 기반으로 하는 랜덤 현상으로부터 추출된다. 소프트웨어 기반의 난수 생성 장치는 난수 생성 속도를 조작에 의해 임의로 올릴 수 있지만, 하드웨어 기반의 난수 생성 장치는 랜덤 현상의 발생 속도를 인위적으로 조절할 수 없기 때문에 난수 생성 속도를 높이는 데에 제약이 있다.

이와 같은 하드웨어 기반의 난수 생성 방법에는 자연발생적 잡음을 이용하는 방식과 양자역학적 랜덤 현상을 이용하는 방식이 있다. 상기한 두 가지 난수 생성 방식 중에서, 자연발생적 잡음은 외부 간섭이나 온도/습도/압력 등 외부 환경의 영향을 받아 경향성을 보이기 때문에 이를 이용하여 생성된 난수 역시 경향성을 띄게 되며 이는 무경향성을 요구하는 순수 난수 정의에서 벗어난다. 반면 양자역학적 랜덤 현상은 환경 조건에 무관하기 때문에, 학계에서는 양자역학적 랜덤 현상으로부터 만들어진 난수를 순수 난수로서 인정하고 있다.

양자역학적 랜덤 현상으로는 빛의 랜덤성과 관련된 현상과 동위원소의 자연붕괴 현상 두 가지가 있다. 이 중 동위원소의 자연 붕괴 현상을 이용하는 방식에 있어서, 동위원소의 자연 붕괴 시에 방출되는 방출 입자를 계측하는 방출 입자 감지기에는 고유의 불감시간(Dead Time)이 존재한다. 불감시간은 아주 짧은 간격으로 연속적으로 발생된 붕괴 이벤트들 중 첫 이벤트만 감지하고 뒤따르는 이벤트는 감지하지 못하는 특정 시간 간격을 의미한다. 이는 방출 입자 감지기 내의 다이오드에서 방출 입자에 의해 생성된 전하 운반자(전자, 정공)가 다이오드 양전극(Anode), 음전극(Cathode)까지 이동하는 데 걸리는 시간, 그리고 다시 평정 상태(steady state)로 복귀하기까지의 시간을 더한 것이다.

불감시간을 줄이기 위하여 다이오드 소자의 도핑농도, 접합구조, 그리고 역 바이어스 전압을 제어하는 기술들이 제시되고 있으나, 불감시간을 취소화할 수 있는 데에는 기술적인 한계가 있다. 동위원소의 방사선량을 증가시키면 단위 시간당 방출 입자의 방출 이벤트가 증가되어 순수 난수의 생성 속도를 올릴 수 있으나, 불감시간 보다 짧은 시간 내에 방출된 방출 입자들은 방출 입자 감지기에서 감지하지 못하기 때문에, 난수 생성 속도는 불감 시간의 제약을 받을 수 밖에 없다.

만약 난수 생성 속도를 높이기 위한 다른 방안으로 엔트로피(랜덤소스)를 고속으로 샘플링 하면, 샘플링 시간 간격이 좁아지게 되고 앞 뒤 샘플링 데이터 간 자기상관(Auto Correlation) 확률이 높아지기 때문에 각 샘플링 데이터간 독립성이 깨지게 되어 순수 난수가 만들어지지 않는다.

따라서 순수 난수 생성 속도를 증가 시키는 것이 현재 순수 난수 생성 기술의 가장 큰 숙제이다.

본 발명이 해결하려는 과제는 불감 시간의 제약을 극복할 수 있는 양자 난수 생성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 장치는, 방사성 동위원소로부터 방출되는 복수의 방출 입자를 각각 독립적으로 흡수하는 복수의 셀을 포함하는 공간 분할 반도체 감지기, 그리고 상기 복수의 방출 입자가 상기 복수의 셀에 흡수되는 흡수 이벤트에 기반하여 난수를 생성하는 신호 처리기를 포함할 수 있다.

상기 공간 분할 반도체 감지기는 반도체기판을 더 포함하며, 상기 복수의 셀은 상기 방사선 동위원소와 마주보는 상기 반도체기판의 제1 면에 배치될 수 있다.

상기 복수의 셀은 상기 복수의 방출 입자를 각각 독립적으로 흡수하며, 상기 흡수 이벤트에 응답하여 배열 신호를 출력하는 복수의 다이오드셀, 그리고 상기 복수의 다이오드셀과 전기적으로 연결되며, 상기 배열 신호를 상기 신호 처리기로 전달하는 복수의 저항회로셀을 포함할 수 있다.

제1 방출 입자가 제1 다이오드셀에 의해 흡수된 이후, 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제1 배열 신호가 출력된 이전에, 제2 방출 입자는 제2 다이오드셀에 의해 흡수될 수 있다.

상기 제1 배열 신호는 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 다이오드셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며, 상기 제2 배열 신호는 상기 제2 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 다이오드셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고, 상기 신호 처리기는 상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성할 수 있다.

상기 신호 처리기는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하고, 상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성할 수 있다.

상기 배열 신호를 증폭하여 상기 신호 처리기로 전달하는 증폭 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 셀에 역 바이어스 전원을 공급하며, 상기 복수의 셀과 폐회로로 구성되는 역 바이어스 전원을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 방법은, 제1 셀을 통해 제1 방출 입자를 흡수하는 단계; 상기 제1 방출 입자가 상기 제1 셀에 흡수되는 제1 흡수 이벤트에 응답하여 제1 배열 신호를 출력하는 단계; 상기 제1 흡수 이벤트 이후 상기 제1 배열 신호가 출력되기 전에, 제2 셀을 통해 제2 방출 입자를 흡수하는 단계; 상기 제2 방출 입자가 상기 제2 셀에 흡수되는 제2 흡수 이벤트에 응답하여 제2 배열 신호 출력하는 단계; 및 상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호에 기반하여 난수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 배열 신호는 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며, 상기 제2 배열 신호는 상기 제2 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고, 상기 난수를 생성하는 단계는 상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 난수를 생성하는 단계는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하는 단계, 그리고 상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 증폭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 셀 및 상기 제2 셀에 역 바이어스 전원을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 장치는, 제1 입자를 제1 시간에 흡수하며, 상기 제1 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제2 시간에 제1 배열 신호를 출력하는 제1 셀; 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 제3 시간에 방출되는 제2 입자를 흡수하고, 상기 제2 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제2 배열 신호를 출력하는 제2 셀; 및 상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호에 기반하여 난수를 생성하는 신호 처리기를 포함할 수 있다.

상기 제1 입자 및 상기 제2 입자는 방사성 물질로부터 방출되는 입자일 수 있다.

상기 방사성 물질과 마주보는 제1 면을 포함하며, 상기 제1 면에 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀이 배치되는 기판을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 셀 및 상기 제2 셀과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 상기 신호 처리기로 전달하는 저항회로를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 배열 신호는 상기 제1 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며, 상기 제2 배열 신호는 상기 제3 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고, 상기 신호 처리기는 상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성할 수 있다.

상기 신호 처리기는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하고, 상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성할 수 있다.

상기 생성된 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 증폭하여 상기 신호 처리기로 전달하는 증폭 회로, 그리고 상기 복수의 셀에 역 바이어스 전원을 공급하며, 상기 복수의 셀과 폐회로로 구성되는 역 바이어스 전원을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 동위원소 붕괴 시 방출되는 방출 입자를 흡수하는 방출 입자 감지기 내 공간 영역을 세분화함으로써, 방출 입자의 공간적 랜덤성과 기존의 시간적 랜덤성을 결합한 새로운 방식의 난수 변환 기술을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 각 셀에서는 불감 시간 내 다른 방출 입자가 없으므로, 불감 시간의 제약이 발생하지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 방출 입자 감지기를 충분히 세분화 하고 각 셀 마다 독립적인 감지 기능을 부여하여, 난수 생성 속도를 획기적으로 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터나 네트워크 프로세서, 그리고 IoT 디바이스 등에서 요구하는 고속의 순수 난수 생성이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기의 다이오드배열을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기의 회로를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증폭 회로 및 신호처리기를 나타낸 블록도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 장치를 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양자 난수 생성 장치(100)는 방사성 동위원소(200), 공간 분할 반도체 감지기(300), 역 바이어스 전원(400), 증폭 회로(500) 및 신호처리기(600)를 포함할 수 있다.

방사성 동위원소(200)의 자연붕괴 현상으로 인하여 방출 입자(210)가 방출될 수 있으며, 방출 입자(210)의 적어도 일부는 공간 분할 반도체 감지기(300)로 입사된다.

공간 분할 반도체 감지기(300)는 방출 입자(210)를 흡수한다. 공간 분할 반도체 감지기(300)는 방출 입자(210)를 흡수한 후 배열 신호를 발생시킨다. 공간 분할 반도체 감지기(300)는 배열 신호를 증폭 회로(500)로 전달한다.

증폭 회로(500)는 전달된 배열 신호를 증폭한다. 증폭 회로(500)는 증폭된 배열 신호를 신호처리기(600)로 전달한다.

신호처리기(600)는 증폭되어 전달된 배열 신호를 이용하여 디지털 형태의 순수 난수를 생성한다.

역 바이어스 전원(400)은 공간 분할 반도체감지기(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 역 바이어스 전원(400)에 역 바이어스 전원이 인가되면, 공간 분할 반도체 감지기(300)에 포함된 다이오드의 문턱 전압(threshold voltage)이 낮아지며, 이에 따라 공간 분할 반도체 감지기(300)의 방출 입자(210)에 대한 검출 동작의 감도가 높아질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기를 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 공간 분할 반도체 감지기(300)는 반도체 공정으로 생성되며, 다이오드배열(310) 및 저항회로배열(320)을 포함한다. 공간 분할 반도체 감지기(300)는 반도체기판(330)의 양 면 중에서 방사선 조사영역(340)과 마주보는 제1 면의 일부에 다이오드배열(310)이 배치되고, 반도체기판(330)의 제1 면의 다른 일부에 저항회로배열(320)이 배치되며, 저항회로배열(320)은 다이오드배열(310)과 연결될 수 있다.

다이오드배열(310)은 방사선 조사영역(340) 상에서 방출되는 방출 입자(예: 도 2의 방출 입자(210))가 각각 입사되는 다수의 다이오드셀들을 포함한다.

저항회로배열(320)은 다이오드배열(310)에 포함된 각 다이오드셀들에 연결되는 다수의 저항회로셀들을 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기의 다이오드배열을 예시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다이오드배열(310)은 다수의 다이오드셀(311)을 포함할 수 있다. 각 다이오드셀(311)들은 방사성 동위원소(200)로부터 방출되는 방출 입자(210)를 검출한다. 각 다이오드셀(311)들은 방출 입자(210)를 한 개씩 흡수한다. 방출 입자(210)들은 각각 랜덤한 시간에 방출되고, 랜덤함 위치에서 방출되며, 랜덤한 시간에 다이오드셀(311)들 중 랜덤한 위치의 다이오드셀에 의해 검출된다. 예를 들면, 다이오드셀(311)들 중에서 제1 다이오드셀에 제1 방출 입자가 흡수된 후에, 제1 방출 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제1 배열 신호가 제1 다이오드 셀에 의해 출력되며, 이를 불감시간이라 정의할 수 있다. 제1 다이오드셀의 불감시간 동안에 제2 방출 입자가 방출되면, 제2 방출 입자는 제2 다이오드셀에 의해 흡수된다. 이로써, 각 다이오드셀(311)들은 공간 분할 반도체 감지기 내에 포함되며 각각 독립적으로 방출 입자를 감지하는 독립적인 감지기가 될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공간 분할 반도체 감지기의 회로를 나타낸 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 공간 분할 반도체 감지기(300)는 역 바이어스 전원(400)과 전기적으로 연결되며, 역 바이어스 전원(400)으로부터 전원을 인가받는다.

공간 분할 반도체 감지기(300)는 다이오드배열(310) 및 저항회로배열(320)을 포함한다. 다이오드배열(310)은 다수의 다이오드셀(311)을 포함하고, 저항회로배열(320)은 다수의 저항회로셀(321)을 포함한다. 각 다이오드셀(311)은 각 저항회로셀(321)과 폐회로를 구성한다. 다이오드배열(310)과 저항회로배열(320)은 동일한 반도체기판(330) 위에 제작될 수 있다. 역 바이어스 전원(400)은 각 다이오드셀(311)과 각 저항회로셀(321)에 전원을 공급한다.

증폭 회로(500)와 신호처리기(600)는 공간 분할 반도체 감지기(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 증폭 회로(500)는 각 다이오드셀(311) 및 각 저항회로셀(320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 신호처리기(600)는 증폭 회로(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 증폭 회로(500)와 신호처리기(600)는 반도체 공정에 따라 동일한 반도체기판(도 2의 반도체기판(330)) 상에 제작/배치될 수 있다.

역 바이어스 전원(400)으로부터 폐회로로 전원이 인가된 상태에서 공간 분할 반도체 감지기(300)로 방출 입자(210)가 흡수되면, 폐회로에는 펄스 형태의 전류가 흐르게 된다. 펄스 형태의 전류는 증폭 회로(500)로 전달되며, 증폭 회로(500)는 전달된 펄스 형태의 전류를 증폭한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증폭 회로 및 신호처리기를 나타낸 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 신호처리기(600)는 증폭 회로(500)와 전기적으로 연결된다.

신호처리기(600)는 공간 분할 반도체 감지기(예: 도 4의 공간 분할 반도체 감지기(300))의 각 셀들(예: 도 4의 다이오드셀(311) 및 저항회로셀(321))로부터 펄스 형태의 배열 신호(510)(도 4의 펄스 형태의 전류)를 수신한다. 배열 신호(510)는 방출 입자가 흡수되는 흡수 이벤트의 시간에 관한 정보를 포함하는 펄스 신호(511) 및 방출 입자를 검출한 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 위치 신호(512)를 포함한다.

신호처리기(600)는 수신된 펄스 신호(511)를 디지털 형태의 제1 난수로 변환하기 위한 펄스신호기반 난수변환기(610)와, 수신된 위치 신호(512)를 디지털 형태의 제2 난수로 변환하기 위한 반응셀위치기반 난수변환기(620)를 포함한다.

펄스신호기반 난수변환기(610)에서 생성된 제1 난수는 방사성 동위원소의 붕괴 시간의 랜덤성에 의해 생성되고 각 다이오드셀에 방출 입자가 흡수된 시간에 관한 정보를 포함하는 난수이며, 반응셀위치기반 난수변환기(620)에서 생성된 난수는 방출 입자의 공간적 랜덤성에 의해 생성되고 각 방출 입자가 흡수된 다이오드셀들의 위체에 관한 정보를 포함하는 난수이므로, 제1 난수와 제2 난수는 서로 독립적이다.

신호처리기(600)는 펄스 신호 기반의 제1 난수와 위치 신호 기반의 제2 난수를 합성하여 제3 난수를 생성하는 난수합성기(630)를 포함한다. 난수합성기(630)에서 생성된 제3 난수는 제1 난수의 길이 및 제2 난수의 길이보다 더 긴 난수를 포함한다.

본 발명의 실시예는 방사성 물질 또는 방사성 물질의 방출 속도를 제어하지 않으면서 양자 난수 생성 장치에 대한 공간 분할을 통해 난수 생성속도를 증가시키는 효과를 갖는다.

오늘날의 미세공정 반도체 기술을 사용하여 충분히 많은 독립된 다이오드들을 방출 입자가 입사되는 영역을 공간적으로 분할하여 각 셀들을 배열함으로써, 다이오드 고유의 불감시간에 따른 난수 생성속도에 대한 제약도 없앨 수 있고, 공간적 랜덤성을 난수화시켜 전체 순수 난수 길이를 늘릴 수 있다. 따라서 컴퓨터, 네트워크 프로세서, 또는 IoT 디바이스 등에서 요구하는 고속의 순수 난수 생성이 가능하다.

예를 들어, 평균 8us 마다 방출되는 방출 입자에 반응하여 다이오드에서 생성되는 펄스를 2MHz(주기는 0.5us) 클록으로 펄스위치를 측정한다고 하면, 0번째~15번째 클록 중 하나에 펄스가 위치하게 되어 8us 당 4bits를 만들 수 있다. 즉, 1초에 500,000 bits가 생성된다. 하지만 반도체 감지기의 불감시간이 20us이면, 1초에 최대 50,000개 펄스만 감지할 수 있어서 펄스당 4 bits를 대입하면 1초에 200,000 bits가 생성된다. 이는 불감시간에 의해 난수 생성 속도가 현저히 떨어짐을 의미한다. 이 때 만약 반도체 감지기 셀을 4개로 분할하게 되면, 각 셀에는 평균 32us 마다 1개 방출 입자가 흡수되므로 불감시간의 제약을 받지 않는다. 따라서 각 셀은 평균 32us 마다 펄스를 생성하며 4 bits를 만들어 낸다. 1초 동안에는 125,000 bits가 만들어지므로 4개 셀을 더하면 500,000 bits가 만들어 진다.

이에 더하여, 방출된 방출 입자가 4개 셀 중 하나에 도착하는 과정에서 랜덤성이 존재하기 때문에 8us 마다 2 bits를 추가할 수 있다. 1초 동안에는 250,000 bits이다. 결국 공간 분할을 함으로써 1초동안 750,000 bits의 난수를 생성할 수 있게 된다.

요약하면, 반도체 감지기의 불감시간 때문에 난수 생성속도가 200 kbps이었던 반도체 감지기의 성능을 반도체 감지기의 공간 분할 만으로 750 kbps까지 증가시킬 수 있었다. 만약 분할 셀의 개수를 16개로 한다면 1Mbps로 증가된다. 한편 클록 속도를 올리면 난수 생성속도도 올라간다. 클록이 2MHz일 때는 펄스당 비트수가 4 bits이지만 8 MHz 로 올리면 6 bits가 된다. 따라서 2MHz일 때는 200 kbps였던 속도가 8 MHz일 때 300 kbps가 되지만, 속도 상승 효과는 반도체 감지기를 공간 분할 경우의 속도 상승 효과보다는 작다.

결론적으로 난수 생성속도는 불감시간에 의해 제약을 받지만 반도체 감지기의 셀을 공간적으로 세분화 함으로써 난수 생성속도를 훨씬 빠르게 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

1. 방사성 동위원소로부터 방출되는 복수의 방출 입자를 각각 독립적으로 흡수하는 복수의 셀을 포함하는 공간 분할 반도체 감지기, 그리고
   상기 복수의 방출 입자가 상기 복수의 셀에 흡수되는 흡수 이벤트에 기반하여 난수를 생성하는 신호 처리기를 포함하는
   양자 난수 생성 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공간 분할 반도체 감지기는 반도체기판을 더 포함하며,
   상기 복수의 셀은 상기 방사선 동위원소와 마주보는 상기 반도체기판의 제1 면에 배치되는
   장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 셀은
   상기 복수의 방출 입자를 각각 독립적으로 흡수하며, 상기 흡수 이벤트에 응답하여 배열 신호를 출력하는 복수의 다이오드셀, 그리고
   상기 복수의 다이오드셀과 전기적으로 연결되며, 상기 배열 신호를 상기 신호 처리기로 전달하는 복수의 저항회로셀을 포함하는
   장치.
4. 제3항에 있어서,
   제1 방출 입자가 제1 다이오드셀에 의해 흡수된 이후, 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제1 배열 신호가 출력된 이전에, 제2 방출 입자는 제2 다이오드셀에 의해 흡수되는
   장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 배열 신호는 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 다이오드셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며,
   상기 제2 배열 신호는 상기 제2 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 다이오드셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고,
   상기 신호 처리기는 상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성하는
   장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 신호 처리기는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하고, 상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성하는
   장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 배열 신호를 증폭하여 상기 신호 처리기로 전달하는 증폭 회로를 더 포함하는
   장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 셀에 역 바이어스 전원을 공급하며, 상기 복수의 셀과 폐회로로 구성되는 역 바이어스 전원을 더 포함하는
   장치.
9. 양자 난수 생성 장치가 난수를 생성하는 방법으로서,
   제1 셀을 통해 제1 방출 입자를 흡수하는 단계;
   상기 제1 방출 입자가 상기 제1 셀에 흡수되는 제1 흡수 이벤트에 응답하여 제1 배열 신호를 출력하는 단계;
   상기 제1 흡수 이벤트 이후 상기 제1 배열 신호가 출력되기 전에, 제2 셀을 통해 제2 방출 입자를 흡수하는 단계;
   상기 제2 방출 입자가 상기 제2 셀에 흡수되는 제2 흡수 이벤트에 응답하여 제2 배열 신호 출력하는 단계; 및
   상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호에 기반하여 난수를 생성하는 단계를 포함하는
   방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 배열 신호는 상기 제1 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며, 상기 제2 배열 신호는 상기 제2 방출 입자가 흡수되는 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고,
    상기 난수를 생성하는 단계는
    상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성하는 단계를 포함하는
    방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 난수를 생성하는 단계는
    상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하는 단계, 그리고
    상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성하는 단계를 포함하는
    방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하는
    방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 셀 및 상기 제2 셀에 역 바이어스 전원을 공급하는 단계를 더 포함하는
    방법.
14. 제1 입자를 제1 시간에 흡수하며, 상기 제1 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제2 시간에 제1 배열 신호를 출력하는 제1 셀;
    상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 제3 시간에 방출되는 제2 입자를 흡수하고, 상기 제2 입자가 흡수되는 흡수 이벤트에 응답하여 제2 배열 신호를 출력하는 제2 셀; 및
    상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호에 기반하여 난수를 생성하는 신호 처리기를 포함하는
    양자 난수 생성 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 입자 및 상기 제2 입자는 방사성 물질로부터 방출되는 입자인
    장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 방사성 물질과 마주보는 제1 면을 포함하며, 상기 제1 면에 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀이 배치되는 기판을 더 포함하는
    장치.
17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 셀 및 상기 제2 셀과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 상기 신호 처리기로 전달하는 저항회로를 더 포함하는
    장치.
18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 배열 신호는 상기 제1 시간에 관한 정보를 포함하는 제1 펄스 신호 및 상기 제1 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제1 위치 신호를 포함하며,
    상기 제2 배열 신호는 상기 제3 시간에 관한 정보를 포함하는 제2 펄스 신호 및 상기 제2 셀의 위치에 관한 정보를 포함하는 제2 위치 신호를 포함하고,
    상기 신호 처리기는 상기 제1, 제2 펄스 신호 및 상기 제1, 제2 위치 신호에 기반하여 상기 난수를 생성하는
    장치.
19. 제18항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호에 기반하여 제1 난수를 생성하고, 상기 제1 위치 신호 및 상기 제2 위치 신호에 기반하여 제2 난수를 생성하는
    장치.
20. 제14항에 있어서,
    상기 생성된 제1 배열 신호 및 상기 제2 배열 신호를 증폭하여 상기 신호 처리기로 전달하는 증폭 회로, 그리고
    상기 복수의 셀에 역 바이어스 전원을 공급하며, 상기 복수의 셀과 폐회로로 구성되는 역 바이어스 전원을 더 포함하는
    장치.

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