量子保密通信的单光子源

光通信中采用量子保密技术,由单光子源发射光量子,加密系统进行光量子编码,单模光纤进行量子 码传输和保偏,实现了信息流的物理加密.单光子源可用双异质结LED或量子阱、量子点激光器经过强衰减得到.     

基于信道容量的单光子探测研究

单光子探测技术对于量子密钥分配乃至量子信息技术都有重要的意义.文章引入了信道容量作为量度指标评价单光子雪崩光电二极管(SPADs)的性能,经研究表明,在综合考虑器件结构、工作电压、倍增层材料等各种因素的基础上,信道容量的引入可以使SPADs的性能从理论上达到最优.     

单光子探测器研究现状与发展

单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题。单光子探测器突破了传统探测器只针对振幅进行采样的局限,同时对光波或者光子的偏振、波矢、位相等特性进行探测,具有可保持测量信号完整性、理论量子效率高、工作电压低、探测灵敏度高等优点,同时具有室温单光子探测的潜力。为了深入了解单光子探测器的研究现状和发展前景,本文介绍了单光子探测器的工作机理,总结对比了光电倍增管、雪崩光电二极管等传统单光子探测器以及基于新型二维材料的雪崩光电二极管、超导纳米线单光子探测器等新型单光子光电探测器的优势与不足,并对其发展前景进行了展望。此外还介绍了单光子探测器在量子通信、激光测距和成像等领域的应用。     

单光子晶体管

通常，用单光子控制其他光束是很困难的，因为光子间很难发生相互作用。物理学家相信，如果将光子挤压在狭小的空间例如量子点或光腔中的单原子上，就可能使它们发生相互作用。挤压可以增强它们的电磁场，大大提高相互作用的几率。     

单光子偏振态实现量子密钥分配的方案(英文)

提出一个基于单光子偏振的量子密钥分配方案.在这个方案里, Alice首先制备一串任意单光子态,然后发送给Bob.Bob只需对其进行一个U操作,再发回Alice.最后Alice对单光子态进行测量,即可实现量子密钥分配.此方案需要一个无噪声信道,优点在于仅仅需要单光子态,以及局域操作和单光子偏振态的测量,这些都非常易于实现.最后其安全性也是有理论保证的.     

单光子场幽禁原子

多年来研究人员用激光束摆布原子 ,将它们冷却以记录低温 ,并将它们捕获在很小的空间里。这种工作大多需要许多光子。单光子场一般不够强 ,不能把原子幽禁起来 ,除非把光场约束在很小的腔中使其得到增强 ,原子则以缓慢爬行的方式进入。于是原子对场的耦合能超过原子的动能 ,这个原子就被幽禁起来。加州工学院和奥克兰大学的小组 ,还有马克斯·普朗克量子光学研究所小组 ,最近将腔量子电动力学与激光幽禁和冷却技术结合 ,创造出所需的条件 ;两组成功地将单个原子约束在腔内平均只有一个光子的光腔中。这些实验中的光子起双重作用 ,不仅幽禁原…     

基于APD参数建模的单光子探测研究

单光子探测技术对于量子密钥分配乃至量子通信有重要的意义。针对单光子雪崩光电二极管（SPADs）的单光子量子效率（SPQE）,提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为1.3和1.5um的In052Al048As、InP倍增层和In052Al048As-InP异质结倍增层的SPADs。模型作为器件结构、工作电压、倍增层材料的函数,可用来优化SPQE,进而评估和优化盖革模式下APDs的性能。     

非相干变频转换实现室温下红外单光子源

纳米金刚石中的NV-center(Nitrogen-Vacancy center)是目前室温下具有高发射率和稳定性的可见光波段单光子源,而如何实现及优化红外单光子源则是未来实现量子信息和量子通信应用的一大挑战.介绍了一种近期提出的实现红外单光子源的新型机制.该方法以金刚石中的NV-center作为可见光波段的单光子源,利用非相干变频转换实现室温下近红外波段稳定、无闪烁的单光子源.具体的实施方案为在中空芯光子晶体光纤中选择性地填充含有量子点的溶液,以可见光波段的单光子源作为激励源,选择合适的量子点即可得到红外波段的单光子源.中空芯光子晶体光纤保证了较高的单光子吸收效率以及荧光收集效率.该方案的实施在理论上可以达到26%的转换效率,而初步的实验得到了0.1%的转换效率.进一步分析了一些影响转换效率的因素,并提出了一些解决方案.     

我国量子点单光子发射器件研究获得重要突破

中科院半导体所超晶格国家重点实验室成功实现了量子点的单光子发射：8K温度下脉冲激光激发InAs单量子点，采用HBT（Hanbury Brown—Twiss）延时复合计数光谱测试系统观察到波长950nm的单光子发射．发射速率大于10kHz。这是国内半导体量子点单光子发射器件研究的重要进展。     

基于基模高斯光束的单光子捕获概率研究

建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型。基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式。得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径。针对低轨卫星-地面站间链路进行了数值仿真分析,得到单光子捕获概率一般在10-3~10-5量级。     

基于单粒子的量子公钥加密协议

提出一种基于单粒子的量子公钥加密协议。利用随机序列的映射关系对私钥实施量子操作,生成用于消息加密的量子公钥。根据量子不可克隆和密文不可分辨定理,引入新的量子源作为通信传输的载体,设计了易操作的加密编码和解密规则;采用分块的方法,优化了窃听检测方法,降低了对发送方存储能力的要求;结合一次一密的加密方案,保证了在量子通信信道中传送密钥和消息的安全性。基于纠缠态的量子加密算法和基于单粒子的量子公钥加密方案相比较,所提出的协议易于实现,具有良好的使用价值。分析表明,本协议是安全的。     

Electrically driven single-photon sources

Single-photon sources are building blocks for photonic quantum information processes. Of the many single-photon generation schemes, electrically driven single-photon sources have the advantages of realizing monolithic integration of quantum light sources and detectors without optical filtering, thus greatly simplify the integrated quantum photonic circuits. Here, we review recent advances on electrically driven single-photon sources based on solid-state quantum emitters, such as semiconductor epitaxial quantum dots, colloidal quantum dots, carbon nanotubes, molecules, and defect states in diamond, SiC and layered semiconductors. In particular, the merits and drawbacks of each system are discussed. Finally, the article is concluded by discussing the challenges that remain for electrically driven single-photon sources.     

Fiber coupled high count-rate single-photon generated from InAs quantum dots

In this work,we achieve high count-rate single-photon output in single-mode (SM) optical fiber.Epitaxial and dilute InAs/GaAs quantum dots (QDs) are embedded in a GaAs/AlGaAs distributed Bragg reflector (DBR) with a micro-pillar cavity,so as to improve their light emission extraction in the vertical direction,thereby enhancing the optical SM fiber's collection capabil-ity (numerical aperture:0.13).By tuning the temperature precisely to make the quantum dot exciton emission resonant to the micro-pillar cavity mode (Q ～ 1800),we achieve a fiber-output single-photon count rate as high as 4.73 × 106 counts per second,with the second-order auto-correlation g2(0) remaining at 0.08.     

SNSPD二十年:回顾与展望

21世纪初,GOL’TSMAN等人开启了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)这一研究领域。历经整整20年的发展,SNSPD已经成为综合性能优异的单光子探测器,被广泛用于量子与经典的弱光探测。本文从性能指标、器件物理、薄膜材料、器件结构、加工工艺、光学耦合、信号读出、制冷系统、应用演示等9个方面,回顾了过去20年里SNSPD的重要研究进展;在此基础上,展望和评述了未来可能的研究与发展方向。     

SNSPD二十年:回顾与展望

21世纪初,GOL’TSMAN等人开启了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)这一研究领域。历经整整20年的发展,SNSPD已经成为综合性能优异的单光子探测器,被广泛用于量子与经典的弱光探测。本文从性能指标、器件物理、薄膜材料、器件结构、加工工艺、光学耦合、信号读出、制冷系统、应用演示等9个方面,回顾了过去20年里SNSPD的重要研究进展;在此基础上,展望和评述了未来可能的研究与发展方向。     

量子点单光子探测器的研究进展

量子点单光子探测器具有可保持测试信号完整性、理论量子效率高、工作电压低等优点,同时具有室温单光子探测的潜力,最近得到了广泛的研究。文章介绍了基于三种不同形式量子点的单光子探测器,讨论了它们的工作原理,对比了各自的性能和参数,总结了各种器件的特点,说明了自组织量子点单光子探测的优越性能。     

预报单光子源下的经典-量子信息共信道同传系统研究

分析了密集波分复用下的经典-量子信息共信道同传系统噪声特性,提出基于预报单光子源的经典-量子信息共信道同传方案。与传统的弱相干光源相比,其可以更精确控制APD探测门限,进而实现时域滤波减少信道噪声干扰;并且可以通过控制探测器开启时间,有效避免空光子发送时的信道噪声及探测器暗计数影响。仿真结果表明,本方案提出的同传系统可有效抑制噪声干扰,与弱相干光源方案相比于更远距离达到误码率阈值,提升了安全通信距离,可作为远距离量子密钥通信共信道同传参考方案。