集成量子光子学(IQP)是实现可扩展和实用量子信息处理的有前途平台。到目前为止，IQP的大多数演示都集中在提高基于主体和光纤元件传统平台实验的稳定性、质量和复杂性。但一个更苛刻的问题是：“IQP是否可以进行传统技术无法实现的实验？”

这个问题得到了南京大学教授马小松和张蜡宝以及中山大学蔡鑫伦教授共同领导的研究团队的肯定回答。正如《先进光子》杂志报道的那样，该团队使用硅基光子芯片和超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的异构技术实现了量子通信。该芯片的优异性能使他们能够实现最佳time-bin贝尔态测量，并显着提高了量子通信中的关键速率。

单光子探测器是量子密钥分发(QKD)的关键元件，非常适合光子芯片集成以实现实用和可扩展的量子网络。利用了集成光波导的SNSPD具有独特的高速特性，与传统的法向入射SNSPD相比，单光子检测的死区时间减少了一个数量级以上。这反过来又使该团队能够解决量子光学中长期存在的挑战之一：time-bin编码量子比特的最佳贝尔态测量。

这一进步不仅在基础研究的角度对量子光学领域很重要，而且从应用的角度来说对量子通信也很重要。该团队利用异构集成超导硅光子平台的独特优势，实现了与测量设备无关的量子密钥分发(MDI-QKD)服务器。这有效地消除了所有可能的检测器侧信道攻击，从而显着增强了量子密码的安全性。结合时分复用技术，该方法获得了数量级的MDI-QKD密钥率提升。

通过利用这种异构集成系统的优势，该团队获得了具有125MHz时钟速率的高安全密钥速率，可与具有GHz时钟速率的、最先进的MDI-QKD实验结果相媲美。马小松课题组学生、该论文第一作者博士生郑晓东表示：“与GHz时钟速率的MDI-QKD实验相比，我们的系统不需要复杂的注入锁定技术，这显着降低了发射器的复杂性，”

马教授说：“这项工作表明，集成量子光子芯片不仅提供了小型化的途径，而且与传统平台相比，它还显着的提升了系统的性能。结合集成的QKD发射器，一个完全基于芯片的、可扩展的、高密钥率的都市量子网络应该会在不久的将来实现。”（编译:Qtech）