新發現！SiC可用於安全量子通信

使用單光子作為量子位的載體可以在量子數據傳輸期間實現可靠的安全性。研究人員發現，目前可以通過某現有材料建立一個系統，能在常溫條件下可靠地產生單光子。

來自莫斯科物理技術學院(MIPT)的一個研究小組展示通過使用基於碳化硅(SiC)光電子半導體材料的單光子發射二極體，每秒可以發射多達數十億個光子。研究人員進一步表明，SiC色心的電致發光可用於將無條件的安全量子通信線路中的數據傳輸速率提高到1Gbps以上。

量子密碼術與傳統的加密演算法不同，它依賴於物理定律。在不改變原始信息的情況下，是無法複製未知的量子態的。這意味著如果不知道發送者和接收者信息，量子通信線路就不會受到影響。

單光子的產生對於安全量子傳輸是很重要的;否則，竊聽方可能會攔截其中一個發射的光子，從而獲得該消息的具體情況。

MIPT團隊專註於SiC的色心 - 碳化硅晶格結構中的一個點缺陷，它可以在沒有缺陷的情況下發射或吸收透明材料波長的光子。該小組研究了在電激發的情況下碳化硅顏色中心單光子發射的物理過程。研究人員表明，在室溫下，碳化硅的色心可以優於任何其他電子控制下的量子發光體。

通過使用理論方法和數值模擬，研究人員發現，在室溫下，PIN SiC單光子發射二極體的光子發射速率可能超過每秒5 Gcounts，這遠遠高於使用電子驅動的金剛石色心或外延量子點可以實現的速率。

據研究人員介紹，這些發現可能為開發實用的光子量子器件奠定基礎，這些器件可以在發展完善的CMOS兼容工藝流程中生產。

研究人員指出，在單光子發射的亮度方面，可能會發現與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於設備的大規模生產。相比之下，基於SiC的單光子源與CMOS技術兼容，而後者是製造電子集成電路的標準。這使得SiC成為構建量子通信的超寬頻、無條件安全數據通信線路的有前景的材料。

該研究成果發表在npj Quantum Information期刊上。

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