基于不完美量子点单光子源实现高性能量子密钥分发的诱骗态与提纯协议：理论与实验
量子物理
2025-07-25 v2
摘要
量子密钥分发 (QKD) 的最初方案基于理想单光子源，然而 40 年后，开发理想单光子源仍具挑战性。因此，利用激光产生的弱相干态 (WCS) 开发诱骗态协议，在安全密钥率和传输距离上确立了前沿。本文提出并实验演示了两种易于实现的 QKD 协议，使得实用的、远非理想的亚泊松光子源能够超越最先进的 WCS。通过工程化室温下基于与纳米天线耦合的巨型胶体量子点单光子源中双激子-激子级联的光子统计，我们证明了采用截断诱骗态协议或 heralded 提纯协议，可以在安全密钥生成的最大允许信道损耗方面实现显著提升的性能，甚至可以比理想 WCS 超过 3dB 以上。随后，我们利用此类量子点源实验模拟了 BB84 QKD，验证了我们的协议相对于最佳 BB84 WCS 性能的优越性。这些协议可高效应用于具有可控光子统计及有限光子数基底的各种量子发射体，提供了一种实用的 QKD 方法，且不受限于对光源单光子纯度的严苛要求。
引用
@article{arxiv.2409.07939,
title = {Decoy state and purification protocols for superior quantum key distribution with imperfect quantum-dot based single photon sources: Theory and Experiment},
author = {Yuval Bloom and Yoad Ordan and Tamar Levin and Kfir Sulimany and Eric G. Bowes and Jennifer A. Hollingsworth and Ronen Rapaport},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.07939},
year = {2025}
}