論文の概要: Hybrid-Integrated InGaAs/InP SPAD Arrays for Quantum Communications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05134v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 14:23:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.612353
• Title: Hybrid-Integrated InGaAs/InP SPAD Arrays for Quantum Communications
• Title（参考訳）: 量子通信用ハイブリッド集積InGaAs/InPSPADアレイ
• Authors: Joseph A. Dolphin, Rosemary O. E. Scowen, Louise M. Wells, David J. P. Ellis, Abbie L. Lowe, Benjamin Ramsay, J. Iwan Davies, Andrew J. Shields, Taofiq K. Paraiso, R. Mark Stevenson,
• Abstract要約: フォトニック統合は量子鍵分布(QKD)ハードウェアを小型化する有望な方法である。 超伝導検出器を統合したQKDレシーバチップが実証されているが、低温冷却の要求により実用化は制限されている。 高周波ゲート単光子アバランシェダイオード(SPAD)は、成熟した非低温の代替となる。 我々はQKDと無視可能な画素間クロストークの性能を有するGHzゲートInGaAs/InP SPADアレイを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic integration is a promising route to miniaturise the hardware of quantum key distribution (QKD), yet the monolithic integration of single photon detectors remains a significant challenge. QKD receiver chips integrating superconducting detectors have been demonstrated, but their requirement for cryogenic cooling restricts their practical applications. High-frequency gated single-photon avalanche diodes (SPADs) provide a mature non-cryogenic alternative and their fabrication into compact arrays would enable scalable hybrid integration. However, this faces several challenges related to efficient GHz array gating, inter-pixel crosstalk, and scalable waveguide coupling, which to date remain unaddressed. Here, we overcome the key challenges and develop GHz-gated InGaAs/InP SPAD arrays with performance viable for QKD and negligible inter-pixel crosstalk. We combine the arrays with low-loss silica waveguide chips to produce compact hybrid QKD receivers and perform BB84 protocol experiments, achieving secure key rates over 2 Mbps at short distances and 15 kbps over 100 km of fibre. Our work provides a method for flexible and scalable integration of waveguide-coupled SPADs for quantum information processing applications.
• Abstract（参考訳）: フォトニック集積は量子鍵分布(QKD)のハードウェアを小型化する有望な経路であるが、単一光子検出器のモノリシック集積は依然として大きな課題である。 超伝導検出器を統合したQKDレシーバチップが実証されているが、低温冷却の要求により実用化は制限されている。 高周波ゲート単光子アバランシェダイオード(SPAD)は、成熟した非低温の代替品であり、コンパクトアレイへの製造はスケーラブルなハイブリッド統合を可能にする。 しかし、これは、効率的なGHzアレイゲーティング、画素間クロストーク、スケーラブルな導波路結合に関連するいくつかの課題に直面しており、これは現在でも未解決である。 本稿では、重要な課題を克服し、QKDと無視可能な画素間クロストークの性能を持つGHzゲートInGaAs/InP SPADアレイを開発する。 低損失シリカ導波路チップと組み合わせて、コンパクトなハイブリッドQKD受信機を作成し、BB84プロトコル実験を行い、短距離で2Mbps、100km以上で15kbpsの鍵レートを達成する。 我々の研究は、量子情報処理アプリケーションのための導波路結合SPADの柔軟でスケーラブルな統合方法を提供する。

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