超导单光子探测器为高速量子通信带来新击破

瑞士日内瓦大学Hugo Zbinden团队联合 ID Quantique公司展开合作，将14根超导纳米线并行，形成光敏面约15微米的SNSPD，该探测器速度比单线条SNSPD计数率快了20倍。利用该高速SNSPD，团队在10公里的光纤上实现了64 Mbps（bits per second，每秒比特率）的实时量子密钥成码率。

量子通信的距离和速率长期受到单光子探测器性能的限制。SNSPD具有高探测效率、低计数、低时间抖动和高速等优点，已经在量子通信实验中创造了多项性能纪录。然而，量子通信的发展也对SNSPD的性能逐渐提出了更高的要求，更高的光子响应速度就是重要的需求之一。SNSPD的工作机理是单光子触发的超导纳米线的超导态到有阻态的相变，其理论速度极限由热弛豫时间决定，最高可以达到数十GHz，但是其纳米线结构决定了SNSPD具有较大的动态电感。因此，现实应用中SNSPD速度一般由其动态电感决定，典型SNSPD光子响应速度在10 Mcps（counts per second，每秒计数率）左右。

对于面向量子通信使用的小光敏面高速器件，最有效的方式是并行型的纳米线结构。该结构的典型特点是，无论入射光场呈现何种统计分布，都尽可能的保证每根纳米线接收到的光子数基本一致，从而确保高速率的电力线载波通信实现。

SNSPD的各项性能指标都还有一定的提升空间，重要的是如何和应用结合起来，发展满足应用需求的高性能SNSPD。未来，高性能SNSPD还会给量子通信的持续发展源源不断的提供动力支持。量子通信是一种新型的信息传输方式，它利用量子纠缠来实现信息的传输。

（编辑：银川站长网）

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