面向测量设备无关量子密钥分发的异质集成超导硅光子平台
量子物理
2021-11-02 v2 光学
摘要
集成光子学为量子密钥分发（QKD）器件的小型化及性能提升提供了一条途径。实现离散变量 QKD 的一个关键要素是单光子探测器。将探测器集成到光子芯片上以构建实用且可扩展的量子网络极为可取。我们实现了一种异质集成的超导-硅光子芯片。利用我们光波导集成超导探测器独特的高速特性，我们对由两个独立激光器产生的时间比特编码量子比特进行了首次最优贝尔态测量（BSM）。该最优 BSM 提升了测量设备无关 QKD 的密钥速率，其可抵御针对探测系统的所有攻击，因而为具有不可信中继的 QKD 网络奠定了基础。结合时分复用技术，我们将筛选密钥速率提升了近一个数量级。在 125 MHz 时钟频率下，我们在 24.0 dB 损耗下获得了 6.166 kbps 的安全密钥速率，这与采用 GHz 时钟频率的当前最优 MDI-QKD 实验结果相当。结合集成 QKD 发射机，可扩展、基于芯片且具成本效益的 QKD 网络有望在不久的将来实现。
引用
@article{arxiv.1912.09642,
title = {Heterogeneously integrated, superconducting silicon-photonic platform for measurement-device-independent quantum key distribution},
author = {Xiaodong Zheng and Peiyu Zhang and Renyou Ge and Liangliang Lu and Guanglong He and Qi Chen and Fangchao Qu and Labao Zhang and Xinlun Cai and Yanqing Lu and Shining Zhu and Peiheng Wu and Xiao-Song Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.09642},
year = {2021}
}
备注
Major updates: 1. Realize optimal Bell-state measurement for time-bin qubits; 2. With a 125 MHz clock rate, the generated secure key rate is comparable to the state-of-the-art MDI-QKD experimental results with GHz clock rate