从古希腊数学起源到今天,无论在日常生活,娱乐消遣还是在工业制造,科学研究以及经济金融等领域中,随机数有着不可或缺的重要地位。特别自1984年Brassard和Bennet提出BB84协议之后,各种各样的量子通信协议也涌现出来。而随机数质量在这些协议中也起到了十分关键的作用。自2000年以来,量子力学中的随机性以及不确定性被广泛的应用于量子随机数发生器的设计,但是他们中大部分设计都依赖于光源,这也导致了系统对环境变化较为敏感。鉴于此,本实验提出了两种不依赖光源的量子随机数发生器方案。本文首先对于现阶段众多的量子随机数发生器方案进行了总结与概述,我们对离散型量子随机数和连续型量子随机数分别进行了调研,并找出不同方案的相通之处——即目前广泛使用的后处理手段以及NIST Test suite和Diehard Test的随机性检验方式。在方案上,我们认为目前大部分方案对光源的依赖性是制约大部分量子随机数方案迈向实用的关键因素,进而我们将注意力放到了受环境影响相对较小的电子体系。在明确目标之后,我们对InGaAs/InP雪崩二极管进行了深入的调研。在雪崩二极管的暗计数中,很重要的一部分来自于二极管内自由载流子的隧穿效应。基于量子隧穿现象的内禀随机性,我们萌生了通过盖格模式偏压控制二极管内部带间隧穿以及缺陷辅助隧穿的量子随机数发生器方案。目前我们已经完成稳定输出15MB/s的InGaAs量子随机数发生器制作。在InGaAs/InP量子随机数发生器设计成功后,Si二极管也引起了我们的注意。它更小的体积以及更广泛的生产工艺使之成为一个可实用化量子随机数发生器的有力竞争者。与InGaAs/InP体系有所区别的是,我们在Si方案中使用信号时间间隔作为随机源,也得到了不错的结果。本文设计了基于InGaAs以及Si单光子探测器中隧穿电子的量子随机数发生器。并基于InGaAs雪崩二极管中暗电流分析对实验中影响随机数质量以及速率的因素进行控制与讨论。我们发现随机数发生器有以下特性:首先,在InGaAs随机数发生器中,在理想采样电压附近的电压变化对随机数产生速率影响较小。其次,采用了基于最小熵的哈希校验的后处理方法后,系统可以稳定通过多项随机数检测,具有较好稳定性。最后,基于时间差值设计的Si随机数发生器十分稳定,最小熵逼近理想熵值,且鲁棒性更高。