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單光子探測(cè)器及量子密鑰分配
量子密鑰分配中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是在其通信窗口實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)。單光子探測(cè)器的性能決定著量子密鑰分配系統(tǒng)的性能。高性能的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器的應(yīng)用地提高了量子密鑰分配的速率和距離。
探測(cè)器類型 | 重復(fù)頻率 /GHz | 探測(cè)效率 /% | 暗計(jì)數(shù) (counts/s) | 密鑰速率與距離 /km | km |
InGaAs-APD |
1.036 |
6 |
3000 | 2.37 Mb/s, 5.6 29.79 kb/s, 65.5 |
~110 |
UP-SPD |
10 |
0.27 |
650 | 267 kb/s, 10 3.7 kb/s, 105 |
~120 |
TES |
2.5×10-3 |
33 |
3 | 28 b/s, 85 14 b/s, 100 |
~200 |
SSPD |
10 |
0.7 |
<10 | 17 kb/s, 105 12.1 b/s, 200 |
~240 |
從表中可以看出,單光子探測(cè)器的探測(cè)效率、響應(yīng)速率(重復(fù)頻率)以及暗計(jì)數(shù)速率直接決定著量子密鑰的生成速率和分配距離。探測(cè)器的暗計(jì)數(shù)速率越低,密鑰的傳輸距離就越長(zhǎng)。探測(cè)器的重復(fù)頻率和探測(cè)效率越高,密鑰的生成速率就越大。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分說明,在目前的技術(shù)條件下,短距離范圍內(nèi)(~10 km) 的量子密鑰分配速率達(dá)到兆比特每秒和長(zhǎng)距離范圍內(nèi)(~100 km)的量子密鑰分配速率達(dá)到千比特每秒數(shù)量級(jí)是可行的。
從性能上來看,超導(dǎo)體單光子探測(cè)器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了半導(dǎo)體單光子探測(cè)器,它的成功研制促進(jìn)了量子信息技術(shù)的發(fā)展。但從實(shí)用性方面考慮,超導(dǎo)體單光子探測(cè)器需要低的溫度環(huán)境,這些復(fù)雜的低溫系統(tǒng)使得探測(cè)器體積及價(jià)格不利于實(shí)用化,因此,在目前半導(dǎo)體單光子探測(cè)器具有一定的實(shí)用優(yōu)勢(shì)。另外,對(duì)基于微弱相干脈沖的量子密鑰分配系統(tǒng)來說,改進(jìn)量子密鑰分配方案可以有效地提高系統(tǒng)的性能。特別是,基于具有分辨光子數(shù)能力的超導(dǎo)體單光子探測(cè)器,量子密鑰分配方案還有待于進(jìn)一步優(yōu)化,這些改進(jìn)后的量子密鑰分配方案應(yīng)比目前的方案更*。
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