九州量子单光子探测器门控频率达到GHz以上
发布时间：2017-12-21
QKD设备是量子保密通信的核心器件之一，主要用于量子密钥的产生和分发。而在QKD设备中，单光子探测器当属最为重要的器件之一。
单光子探测器位于QKD系统的接收端，对微弱的单光子量级的光信号探测，而后通过数据后处理实现两端的安全秘钥分发。
加速率、低噪声、小型化
近日，九州量子北京研发中心研究员、中国科技大学博士祁宾祥接受采访时表示：通过对红外单光子APD探测器的高速控制电路进行优化升级，九州量子已突破研制出了加速率、低噪声、小型化的单光子探测器，这对量子通信产业化的发展具有重大意义。
单光子探测器（SPD）是一种超低噪声器件，增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——单光子。由于可以对单个光子进行探测和计数，在许多可获得的信号强度仅为几个光子能量级的新兴应用中得到许多可施展的机会。
据祁宾祥博士介绍，单光子探测器在量子通信应用中有几个非常重要的参数：探测效率、暗计数率以及后脉冲，它们会直接制约量子秘钥分发系统的传输距离和成码率等关键性能。探测速率指光子进出探测器的过程中，雪崩光电二极管对光子进行探测，量子探测效率越高，系统性能就越好。而暗计数率，它也可以称为本底噪声或者感应噪声，是指在没有信号时的计数率，暗计数率会影响到误码率，所以暗计数率越低系统的有效成码率越高。此外后脉冲概率也是影响系统性能的关键指标。探测效率与暗计数率成正比，探测效率越高，暗计数率也会越高。为了达到理想的平衡状态，一是要对内部的雪崩光电二极管做好温度控制，二是要做好高速门控。
但若想要优化这两个指标，祁宾祥博士表示：必须对探测器的整体电路进行设计优化。九州量子目前在门控的设计，低噪声电路和微弱信号放大等上做了诸多尝试。在实验了无数次后，使整体探测器取得了当前商用红外单光子探测器的最优性能。
优化性能，探测门控达到GHz以上
目前，通过对高速数字电路的深入设计优化，九州量子采用自反馈技术，并对高速电路进行优化，使得目前的饱和计数率达到40MHz。这个数字的概念意味着，通常完成一个计数需要的30-40纳秒，九州量子将其缩减到10纳秒。
在噪声控制方面，由于单光子探测器是一种超灵敏检测器件，除了对光非常敏感外，对周围的噪声也表现得敏感异常，而当噪声变大，光的提取就会受到极度影响。九州量子采用的是正弦门控技术来避免高频噪声的出现，并在在板级电源系统设计中采用分布式电源设计，最终达到降噪效果。
目前，九州量子做出的单光子探测器门控频率达到GHz以上，并且可以在一定范围内变化。除了对红外的单光子探测器性能进行优化，九州量子还研制出了不同的探测器，以便未来适用于不同的应用场景。
据了解，九州量子目前已提交申请专利67项，已经授权的有3项，其中单光子探测器的相关突破也正在申请专利中。
本文转载自中国青年网
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