新发现!SiC可用于安全量子通信

使用单光子作为量子位的载体可以在量子数据传输期间实现可靠的安全性。研究人员发现,目前可以通过某现有材料建立一个系统,能在常温条件下可靠地产生单光子。

新发现!SiC可用于安全量子通信

来自莫斯科物理技术学院(MIPT)的一个研究小组展示通过使用基于碳化硅(SiC)光电子半导体材料的单光子发射二极管,每秒可以发射多达数十亿个光子。研究人员进一步表明,SiC色心的电致发光可用于将无条件的安全量子通信线路中的数据传输速率提高到1Gbps以上。

量子密码术与传统的加密算法不同,它依赖于物理定律。在不改变原始信息的情况下,是无法复制未知的量子态的。这意味着如果不知道发送者和接收者信息,量子通信线路就不会受到影响。

单光子的产生对于安全量子传输是很重要的;否则,窃听方可能会拦截其中一个发射的光子,从而获得该消息的具体情况。

MIPT团队专注于SiC的色心 - 碳化硅晶格结构中的一个点缺陷,它可以在没有缺陷的情况下发射或吸收透明材料波长的光子。该小组研究了在电激发的情况下碳化硅颜色中心单光子发射的物理过程。研究人员表明,在室温下,碳化硅的色心可以优于任何其他电子控制下的量子发光体。

通过使用理论方法和数值模拟,研究人员发现,在室温下,PIN SiC单光子发射二极管的光子发射速率可能超过每秒5 Gcounts,这远远高于使用电子驱动的金刚石色心或外延量子点可以实现的速率。

据研究人员介绍,这些发现可能为开发实用的光子量子器件奠定基础,这些器件可以在发展完善的CMOS兼容工艺流程中生产。

研究人员指出,在单光子发射的亮度方面,可能会发现与SiC相媲美的新材料。然而,与SiC不同,新材料将需要新的工艺流程才能用于设备的大规模生产。相比之下,基于SiC的单光子源与CMOS技术兼容,而后者是制造电子集成电路的标准。这使得SiC成为构建量子通信的超宽带、无条件安全数据通信线路的有前景的材料。

该研究成果发表在npj Quantum Information期刊上。