2021-2022学年高二物理竞赛课件：理想单光子源方案

1、理想单光子源方案理想单光子源方案P-n结： 1999年，美国斯坦福大学Yamamoto小组利用纳米结构，使得一个注入周期内只有一对电子空穴对发生复合，产生单光子。但这种方法的实验效果并不理想。目前美国，日本等多个研究单位都在开展这方面的研究。美国的斯坦福大学和加州大学圣巴巴拉分校、英国剑桥大学卡文迪许实验室、法国CNRS等单位相继报道了基于微腔和量子点的单光子源。用一次脉冲激发后单个量子点中的单激子复合发出的光子只有一个，微腔的作用是增强量子点的辐射速率并控制辐射的模式。这种结构目前在室温下工作稳定性有待提高。剑桥大学还报道了基于单量子点的电子注入的单光子源。 2理想单光子源方案NV colo

2、r center3通信信道与波长选择量子通信的信道一旦确定，对于激光源和探测器的选择十分重要，波长范围必须相适应。有两种主要的范围：800nm：商用探测器比较普遍，可用于自由空间量子通信和 特殊光纤中的量子通信。1300nm和1550nm：可用于目前的光纤通信网络中，但是探测器的缺陷。（Si材料的探测器对于1000nm以上透明）800nm 2dB/km1300nm和1550nm 0.35dB/km，0.2dB/km空间通信和光纤通信比较4自由空间链路选择低损耗的窗口，低色散和折射不会改变光子偏振选择区域，该波长大气中传输率高，探测效率高5单光子探测器单光子探测的基本要求 1. 在一个较大的光谱

3、范围内探测效率高； 2. 噪声几率小； 3. 探测响应时间短，且尽可能是常数； 4. 恢复时间短，允许高的计数率。目前的选择雪崩光电管；Si，Ge，InGaAs67雪崩光电管Single-photon detection with avalanches in Geiger mode macroscopic avalanche triggered by single-photonSilicon:1000 nmGermanium:1450 nmInGaAs/InP:1600 nm单光子探测器种类低于1.1微米光子计数器（Si APD），可用于空间通信，量子效率：76%; 计数率上限 10M/sPe

4、rkin-Elmer，Id quantique8通信波段光子计数器（1.3微米，1.55微米）材料：Ge，InGaAs/InP最高探测效率：Ge，17%；InGaAs，30% （77k， 暗记数 /2.6ns） 单光子探测器种类室温下工作的APD由于热噪声的影响，会引起暗记数的增大，引入NEP标记这个量：9量子中继器通信中的参数设计: 探测效率 10%,暗记数探测概率 , 信道衰减 0.25 dB/km.需要量子中继器来优化通信线路11*entanglement*entanglemententanglementBellmeasurement.*entanglement*entanglement

5、Bellmeasurement.?REPEATER RELAYH. Briegel, W. Dr, J. I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998)J. D. Franson et al, PRA 66,052307,2002; D. Collins et al., quant-ph/0311101量子中继器12EPRyBell2 bitsUAliceCharlieEPR sourceBobBSMyyClassical channel2 km2 km2 kmBB84 量子密钥分配实验发送no. bit pol.1 1 452

6、 0 453 0 04 1 455 1 06 0 457 1 451004 0 451005 1 0.3245 1 45接收no. Bit Pol.246 1 451004 0 452134 0 03245 0 04765 1 05698 0 4513Heralded single photons IISignaltriggerPump pulseEnergy conservation implies frequency correlations between photon pairs. This implies time correlations. With slow detectors, this leads to a random timing of the heralded photon with respect to the trigger photonIdlerTiming JitterConditionally pr