德国科学家用半导体量子点实现城际量子密钥分发新突破

德国科学家用半导体量子点实现城际量子密钥分发新突破

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https://www.sohu.com/a/805788908_354973

2.

https://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2024/12/20241220151649641125590.shtm

3.

https://www.sohu.com/a/791576705_348129

4.

https://news.qq.com/rain/a/20240902A0999300

5.

https://www.163.com/dy/article/JB415G1O05119734.html

6.

https://www.opticsjournal.net/Articles/OJ119e4ec26619c10a/FullText

7.

https://www.cnblogs.com/3cH0-Nu1L/p/18513648

8.

http://www.360doc.com/content/24/0216/15/52713072_1114207927.shtml

9.

https://www.opticsjournal.net/Articles/OJdb7411d4a6ac977b/FullText

近日，德国科学家在量子密钥分发（QKD）领域取得重大突破。来自德国莱布尼茨汉诺威大学、德国联邦物理技术研究院和斯图加特大学的研究团队，首次利用半导体量子点实现了79公里的城际量子密钥分发。这一突破不仅验证了量子点在量子通信网络中的应用潜力，也为未来构建大规模量子通信网络奠定了重要基础。

在量子通信中，单光子光源是实现量子密钥分发的关键组件。传统的自发参量下转换光源存在效率限制，而半导体量子点作为新型光源，具有独特优势。量子点是一种体积极小的半导体纳米结构，每次受到激发后都能按需发射一个全同的单光子。这种特性使其在构建量子中继器和分布式量子网络中发挥着关键作用。

研究团队开发了一种基于通信波段量子点的微纳器件。该器件采用圆形布拉格光栅结构，尺寸约为10微米，通过纳米光刻技术在量子点周边刻蚀形成。这种结构能够利用光学衍射效应，实现对量子点发射单光子的高效率提取。

在实验中，研究团队在汉诺威市的实验室对量子点器件发射的单光子进行偏振态编码，通过79公里的城市地下光纤传输到布伦瑞克完成密钥解码。经过35小时的连续测试，系统实现了平均比特错误率为0.65%、安全密钥率达10.93 kbits/s的优异性能。这一密钥率已超过目前所有基于通信波段单光子光源的密钥分发实验，甚至接近利用弱相干激光光源所达到的最新记录。

这一突破为构建大规模量子通信网络开辟了新途径。未来，基于量子点的量子终端可以作为分布式量子网络中的节点，既可以通过光纤或卫星信道完成信号传输，也可以与手机、量子计算机等本地设备进行交互。通过优化器件制备工艺和开发高性能量子点，有望克服长距离通信中的信号损耗问题，实现跨大洲的全球通信。

该研究由德国莱布尼茨汉诺威大学丁飞教授领导，联合德国联邦物理技术研究院Stefan Kück教授和斯图加特大学Peter Michler教授团队共同完成。三家机构都是德国联邦教育与研究部QR.X项目的参与方，该项目旨在开发用于安全量子通信的量子中继器。

这一突破性成果发表在《Light: Science & Applications》期刊上，标志着量子密钥分发技术迈出了重要一步。随着技术的进一步成熟，基于半导体量子点的量子密钥分发系统有望逐步实现产业化，为未来的量子互联网提供核心支撑。