用于量子通信的混合集成InGaAs/InP单光子雪崩二极管阵列
光子集成是实现量子密钥分发(QKD)硬件微型化的理想途径,然而单光子探测器的单片集成仍面临重大挑战。虽然集成超导探测器的QKD接收芯片已有展示,但其对低温冷却的需求限制了实际应用。高频门控单光子雪崩二极管(SPADs)作为成熟的非低温替代方案,若实现紧凑阵列化将推动可扩展混合集成。但该方案仍需解决GHz级阵列门控效率、像素间串扰及可扩展波导耦合等关键问题,这些挑战迄今尚未攻克。本研究通过开发具有QKD适用性能且串扰可忽略的GHz门控InGaAs/InP SPAD阵列,结合低损耗二氧化硅波导芯片构建了紧凑型混合QKD接收器。基于BB84协议的实验表明,该系统在短距离下可实现超过2 Mbps的安全密钥率,在100公里光纤传输下仍保持15 kbps密钥率。该工作为量子信息处理应用中的波导耦合SPAD器件提供了灵活可扩展的集成方法。
