德国物理学家找到了一种将量子密码学与半导体技术相结合的方法

德国科学家创造了一种新的方法来生成基于硅的红外单光子。该源每秒可产生多达10万个光子。该方法可以将量子密码术与流行的半导体技术相结合。



量子密钥分发用于确保数据安全。该方法的本质是仅使用开放的通信通道为两个远程用户生成共享的秘密加密密钥。该方法基于量子力学定律。总是可以找到试图解密密钥的第三方。测量量子态的实际过程会导致异常-量子不确定性。在这种情况下，只有异常不超过指定的阈值时，密钥才能成功生成。



量子密码学的传输协议基于单光子的传输。光子是横向电磁波形式的光量子。单光子系统确保了该方法的安全性。如果有多个光子，则可以与授权用户相同的方式截获它们并选择密钥。但是有功能在单光子的来源。尽管取得了进步，但在创建过程中仍使用了弱激光脉冲。另一个基本问题是噪音。由于各个光子的传输，光纤的加热方式有所不同，因此可以弯曲。由于这些限制，量子通信的带宽现在受到限制。标准电缆在50公里的距离内每秒传输1.26兆比特。特殊电缆以每小时1.16比特的速度传输404公里，数据损耗极低。



^{单光子系统。}

德累斯顿工业大学的物理^源由迈克尔·霍伦巴赫（Michael Hollenbach）领导，亥姆霍兹中心的科学家则由德累斯顿-罗斯森多夫（Dresden-Rossendorf）创建了一个基于硅制SOI晶片的单光子源系统。硅芯片是包括处理器和微控制器在内的所有现代设备的核心。通常，微电路由单晶硅制成。



^{具有一个G中心的硅的晶体结构图}

德国科学家使用加速器将碳原子置于硅中。两个相邻的C原子与硅原子Si一起形成一个单独的分子，称为G中心。 G中心在聚焦的1.3微米激光下发射光子。这种类型的光子沿光纤无障碍地传播。



由德国物理学家创建的原型发生器可以产生大约10万个单光子。所有科学测试都是在安装在Attocube 800闭环低温恒温器中的SOI板上进行的，该基线温度为4.6K。





研究作者报告说，他们是第一个证明在工业SOI板上放置单光子发射器的可行性的人。他们还提出了实现与现代硅技术兼容的光子平台的概念。



这一发现将有助于使用硅组件将量子处理器和中继器集成到现有系统中。



研究结果发表在《Optis快报》上。