九州量子單光子探測器門控頻率達到GHz以上
發(fā)布時間：2017-12-21
QKD設備是量子保密通信的核心器件之一，主要用于量子密鑰的產(chǎn)生和分發(fā)。而在QKD設備中，單光子探測器當屬最為重要的器件之一。
單光子探測器位于QKD系統(tǒng)的接收端，對微弱的單光子量級的光信號探測，而后通過數(shù)據(jù)后處理實現(xiàn)兩端的安全秘鑰分發(fā)。
加速率、低噪聲、小型化
近日，九州量子北京研發(fā)中心研究員、中國科技大學博士祁賓祥接受采訪時表示：通過對紅外單光子APD探測器的高速控制電路進行優(yōu)化升級，九州量子已突破研制出了加速率、低噪聲、小型化的單光子探測器，這對量子通信產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展具有重大意義。
單光子探測器（SPD）是一種超低噪聲器件，增強的靈敏度使其能夠探測到光的最小能量量子——單光子。由于可以對單個光子進行探測和計數(shù)，在許多可獲得的信號強度僅為幾個光子能量級的新興應用中得到許多可施展的機會。
據(jù)祁賓祥博士介紹，單光子探測器在量子通信應用中有幾個非常重要的參數(shù)：探測效率、暗計數(shù)率以及后脈沖，它們會直接制約量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)的傳輸距離和成碼率等關鍵性能。探測速率指光子進出探測器的過程中，雪崩光電二極管對光子進行探測，量子探測效率越高，系統(tǒng)性能就越好。而暗計數(shù)率，它也可以稱為本底噪聲或者感應噪聲，是指在沒有信號時的計數(shù)率，暗計數(shù)率會影響到誤碼率，所以暗計數(shù)率越低系統(tǒng)的有效成碼率越高。此外后脈沖概率也是影響系統(tǒng)性能的關鍵指標。探測效率與暗計數(shù)率成正比，探測效率越高，暗計數(shù)率也會越高。為了達到理想的平衡狀態(tài)，一是要對內(nèi)部的雪崩光電二極管做好溫度控制，二是要做好高速門控。
但若想要優(yōu)化這兩個指標，祁賓祥博士表示：必須對探測器的整體電路進行設計優(yōu)化。九州量子目前在門控的設計，低噪聲電路和微弱信號放大等上做了諸多嘗試。在實驗了無數(shù)次后，使整體探測器取得了當前商用紅外單光子探測器的最優(yōu)性能。
優(yōu)化性能，探測門控達到GHz以上
目前，通過對高速數(shù)字電路的深入設計優(yōu)化，九州量子采用自反饋技術，并對高速電路進行優(yōu)化，使得目前的飽和計數(shù)率達到40MHz。這個數(shù)字的概念意味著，通常完成一個計數(shù)需要的30-40納秒，九州量子將其縮減到10納秒。
在噪聲控制方面，由于單光子探測器是一種超靈敏檢測器件，除了對光非常敏感外，對周圍的噪聲也表現(xiàn)得敏感異常，而當噪聲變大，光的提取就會受到極度影響。九州量子采用的是正弦門控技術來避免高頻噪聲的出現(xiàn)，并在在板級電源系統(tǒng)設計中采用分布式電源設計，最終達到降噪效果。
目前，九州量子做出的單光子探測器門控頻率達到GHz以上，并且可以在一定范圍內(nèi)變化。除了對紅外的單光子探測器性能進行優(yōu)化，九州量子還研制出了不同的探測器，以便未來適用于不同的應用場景。
據(jù)了解，九州量子目前已提交申請專利67項，已經(jīng)授權的有3項，其中單光子探測器的相關突破也正在申請專利中。
本文轉載自中國青年網(wǎng)
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