2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：理想單光子源方案

1、理想單光子源方案理想單光子源方案P-n結(jié)： 1999年，美國斯坦福大學(xué)Yamamoto小組利用納米結(jié)構(gòu)，使得一個注入周期內(nèi)只有一對電子空穴對發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生單光子。但這種方法的實驗效果并不理想。目前美國，日本等多個研究單位都在開展這方面的研究。美國的斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)圣巴巴拉分校、英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室、法國CNRS等單位相繼報道了基于微腔和量子點的單光子源。用一次脈沖激發(fā)后單個量子點中的單激子復(fù)合發(fā)出的光子只有一個，微腔的作用是增強量子點的輻射速率并控制輻射的模式。這種結(jié)構(gòu)目前在室溫下工作穩(wěn)定性有待提高。劍橋大學(xué)還報道了基于單量子點的電子注入的單光子源。 2理想單光子源方案NV colo

2、r center3通信信道與波長選擇量子通信的信道一旦確定，對于激光源和探測器的選擇十分重要，波長范圍必須相適應(yīng)。有兩種主要的范圍：800nm：商用探測器比較普遍，可用于自由空間量子通信和 特殊光纖中的量子通信。1300nm和1550nm：可用于目前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，但是探測器的缺陷。（Si材料的探測器對于1000nm以上透明）800nm 2dB/km1300nm和1550nm 0.35dB/km，0.2dB/km空間通信和光纖通信比較4自由空間鏈路選擇低損耗的窗口，低色散和折射不會改變光子偏振選擇區(qū)域，該波長大氣中傳輸率高，探測效率高5單光子探測器單光子探測的基本要求 1. 在一個較大的光譜

3、范圍內(nèi)探測效率高； 2. 噪聲幾率?。?3. 探測響應(yīng)時間短，且盡可能是常數(shù)； 4. 恢復(fù)時間短，允許高的計數(shù)率。目前的選擇雪崩光電管；Si，Ge，InGaAs67雪崩光電管Single-photon detection with avalanches in Geiger mode macroscopic avalanche triggered by single-photonSilicon:1000 nmGermanium:1450 nmInGaAs/InP:1600 nm單光子探測器種類低于1.1微米光子計數(shù)器（Si APD），可用于空間通信，量子效率：76%; 計數(shù)率上限 10M/sPe

4、rkin-Elmer，Id quantique8通信波段光子計數(shù)器（1.3微米，1.55微米）材料：Ge，InGaAs/InP最高探測效率：Ge，17%；InGaAs，30% （77k， 暗記數(shù) /2.6ns） 單光子探測器種類室溫下工作的APD由于熱噪聲的影響，會引起暗記數(shù)的增大，引入NEP標記這個量：9量子中繼器通信中的參數(shù)設(shè)計: 探測效率 10%,暗記數(shù)探測概率 , 信道衰減 0.25 dB/km.需要量子中繼器來優(yōu)化通信線路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量子中繼器12EPRyBell2 bitsUAliceCharlieEPR sourceBobBSMyyClassical channel2 km2 km2 kmBB84 量子密鑰分配實驗發(fā)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