Random Number Generators (RNGs) are crucial for applications ranging from cryptography to simulations. Depending on the source of randomness, RNGs are classified into Pseudo-Random Number Generators (PRNGs), True Random Number Generators (TRNGs), and Quantum Random Number Generators (QRNGs). This work presents the end-to-end development of a high-speed, high-efficiency, phase-noise-based QRNG system that taps into the quantum phase noise of a single-frequency laser, with randomness originating from spontaneous emission. Using a self-heterodyne measurement with a semiconductor laser (linewidth $\approx$ 5.23 $GHz$) operated near threshold and a $\sim$48 $cm$ fiber delay line, a raw data generation rate of 2.0 $Gbps$ is achieved. To ensure uniform randomness in the QRNG output, robust extraction techniques developed in-house, such as the Toeplitz Strong Extractor (TSE), are used. Randomness validation using the NIST and Diehard test suites confirms that all statistical tests pass at standard confidence levels. The developed system achieves a post-processed generation rate of 1.0 $Gbps$ in operation and attains a Technology Readiness Level (TRL) of 7, approaching TRL 8, making it suitable for real-time secure applications such as cryptographic key generation and stochastic modeling.


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《工程》是中国工程院(CAE)于2015年推出的国际开放存取期刊。其目的是提供一个高水平的平台,传播和分享工程研发的前沿进展、当前主要研究成果和关键成果;报告工程科学的进展,讨论工程发展的热点、兴趣领域、挑战和前景,在工程中考虑人与环境的福祉和伦理道德,鼓励具有深远经济和社会意义的工程突破和创新,使之达到国际先进水平,成为新的生产力,从而改变世界,造福人类,创造新的未来。 期刊链接:https://www.sciencedirect.com/journal/engineering
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