Système électronique basé sur une puce pour la distribution de clés quantiques

La distribution de clés quantiques (QKD) a attiré une attention significative en raison de sa sécurité inconditionnelle basée sur les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Bien que la QKD ait été démontrée par divers groupes et que des produits commerciaux de QKD soient disponibles, le développement d'un système de QKD entièrement basé sur une puce, visant à réduire les coûts, la taille et la consommation d'énergie, reste un défi technologique important. La plupart des chercheurs se concentrent sur les aspects optiques, laissant l'intégration des composants électroniques largement inexplorée. Dans cet article, nous présentons la conception d'une puce de contrôle électrique entièrement intégrée pour des applications de QKD. La puce, fabriquée avec une technologie CMOS de 28 nm, comprend cinq modules principaux : un processeur ARM pour le traitement numérique du signal, des cellules de retard pour la synchronisation temporelle, un ADC pour l'échantillonnage des signaux analogiques provenant des moniteurs, un OPAMP pour l'amplification des signaux, et un DAC pour générer la tension requise pour les modulateurs de phase ou d'intensité. Selon les simulations, le délai minimum est de 11 ps, le gain en boucle ouverte de l'amplificateur opérationnel est de 86,2 dB, la fréquence d'échantillonnage de l'ADC atteint 50 MHz, et le DAC atteint un taux élevé de 100 MHz. À notre connaissance, cela marque la première conception et évaluation d'une puce pilote entièrement intégrée pour la QKD, ayant le potentiel d'améliorer significativement la performance des systèmes QKD. Ainsi, nous pensons que notre travail pourrait inspirer de futures investigations vers le développement de systèmes de QKD plus efficaces et fiables.