实验实现单光子量子密钥分发，超越基本相干态速率限制
量子物理
2024-06-05 v1
摘要
单光子源是量子网络的必备条件，使其能够实现从量子密钥分发 (QKD) 到新兴的量子互联网的各种应用。尽管取得了显著进展，但当前 QKD 仍依赖于衰减相干 (激光) 光源，这对密钥率 (SKR) 施加了根本限制。这种限制主要归因于相干光中单光子成分的稀缺性，受内在上限 1/e 的约束。本文报告了使用高效单光子源实现高速率 QKD，从而突破了相干光的基本速率限制。我们开发了一种按需、亮度高的半导体量子点单光子源，效率达到 0.71(2)，约为相干光的内在上限高出约 2.87 dB。通过实现窄带滤波和随机偏振调制，我们在 14.6(1.1)-dB 损耗的自由空间城市信道上进行了现场 QKD 试验，实现了 0.00108 比脉冲的 SKR。这超越了相干光基于 QKD 的实际限制 2.53 dB。我们的发现明确地表明，纳米技术基础的单光子源在 QKD 应用中优于相干光，这标志着实现全球量子互联网的关键一步。
引用
@article{arxiv.2406.02045,
title = {Experimental single-photon quantum key distribution surpassing the fundamental coherent-state rate limit},
author = {Yang Zhang and Xing Ding and Yang Li and Likang Zhang and Yong-Peng Guo and Gao-Qiang Wang and Zhen Ning and Mo-Chi Xu and Run-Ze Liu and Jun-Yi Zhao and Geng-Yan Zou and Hui Wang and Yuan Cao and Yu-Ming He and Cheng-Zhi Peng and Yong-Heng Huo and Sheng-Kai Liao and Chao-Yang Lu and Feihu Xu and Jian-Wei Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.02045},
year = {2024}
}
备注
22 pages, 5 figures, 1 Table