本发明提供了一种基于非均匀量化的量子随机数发生装置，主要包括熵源、测量端、非均匀量化器和传输存储装置。所述熵源部分采用基于真空涨落作为随机熵源，包括激光器、激光器调制驱动模块、等比例光纤分束器BS；所述的测量端包括零拍测量和光电转换模块，对熵源进行采样探测得到模拟电平信号；非均匀量化器包括分压电阻器、多路电压比较器以及必要的外围电路，将原始模拟的随机电压信号通过非均匀量化、编码操作得到原始数字信号；使用FPGA对原始数字信号进行后处理得到真随机数，并进行传输存储操作。本发明中使用了非均匀量化的方式代替传统的均匀量化的方式，提高了原始数据中可提取的随机性。