使用單光子作為量子位的載體可以在量子數(shù)據(jù)傳輸期間實(shí)現(xiàn)可靠的安全性。研究人員發(fā)現(xiàn)，目前可以通過(guò)某現(xiàn)有材料建立一個(gè)系統(tǒng)，能在常溫條件下可靠地產(chǎn)生單光子。

　　來(lái)自莫斯科物理技術(shù)學(xué)院(MIPT)的一個(gè)研究小組展示通過(guò)使用基于碳化硅(SiC)光電子半導(dǎo)體材料的單光子發(fā)射二極管，每秒可以發(fā)射多達(dá)數(shù)十億個(gè)光子。研究人員進(jìn)一步表明，SiC色心的電致發(fā)光可用于將無(wú)條件的安全量子通信線路中的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到1Gbps以上。

　　量子密碼術(shù)與傳統(tǒng)的加密算法不同，它依賴(lài)于物理定律。在不改變?cè)夹畔⒌那闆r下，是無(wú)法復(fù)制未知的量子態(tài)的。這意味著如果不知道發(fā)送者和接收者信息，量子通信線路就不會(huì)受到影響。

　　單光子的產(chǎn)生對(duì)于安全量子傳輸是很重要的;否則，竊聽(tīng)方可能會(huì)攔截其中一個(gè)發(fā)射的光子，從而獲得該消息的具體情況。

　　MIPT團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于SiC的色心 - 碳化硅晶格結(jié)構(gòu)中的一個(gè)點(diǎn)缺陷，它可以在沒(méi)有缺陷的情況下發(fā)射或吸收透明材料波長(zhǎng)的光子。該小組研究了在電激發(fā)的情況下碳化硅顏色中心單光子發(fā)射的物理過(guò)程。研究人員表明，在室溫下，碳化硅的色心可以?xún)?yōu)于任何其他電子控制下的量子發(fā)光體。

　　通過(guò)使用理論方法和數(shù)值模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)，在室溫下，PIN SiC單光子發(fā)射二極管的光子發(fā)射速率可能超過(guò)每秒5 Gcounts，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用電子驅(qū)動(dòng)的金剛石色心或外延量子點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)的速率。

　　據(jù)研究人員介紹，這些發(fā)現(xiàn)可能為開(kāi)發(fā)實(shí)用的光子量子器件奠定基礎(chǔ)，這些器件可以在發(fā)展完善的CMOS兼容工藝流程中生產(chǎn)。

　　研究人員指出，在單光子發(fā)射的亮度方面，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)與SiC相媲美的新材料。然而，與SiC不同，新材料將需要新的工藝流程才能用于設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)。相比之下，基于SiC的單光子源與CMOS技術(shù)兼容，而后者是制造電子集成電路的標(biāo)準(zhǔn)。這使得SiC成為構(gòu)建量子通信的超寬帶、無(wú)條件安全數(shù)據(jù)通信線路的有前景的材料。

　　該研究成果發(fā)表在npj Quantum Information期刊上。