PQC中的计算方式与传统的使用量子门不同，它主要依赖于高度纠缠的量子态（即簇态）的局部测量，而这一过程离不开单光子传感器的支持。除了能够在室温下运行之外，相较于复杂的多量子比特门，PQC中的计算在实现难度上预计更低。

单光子传感器在PQC中能够支持多种关键操作。首先，它可以检测光子的相关行为，以此来验证光子的纠缠状态。其次，能够读取以光子编码的量子比特的量子态。再者，还能借助量子隐形传态和纠缠光子在量子比特之间实现信息的传输。

然而，PQC研究人员面临着一个重大挑战，那就是开发可在室温下正常工作的单光子探测器。目前，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）因其高效率和高灵敏度，成为了最为常见的探测器类型。同时，雪崩光电二极管（APD）也有一定的应用。不过，虽然APD能够在室温下工作，但大多数APD缺乏PQC应用所必需的灵敏度。因此，科研人员正在积极探索开发APD的新方法，旨在提高其性能的同时，确保能够在室温下稳定运行。

典型SNSPD的工作原理有其独特之处。其框图如图1所示，偏振控制器负责转发偏振光子，衰减器则用于控制平均光子数，并且需要一个低温冷却器来保障单光子检测的顺利进行。在SNSPD的输出侧，偏置器会将直流偏置电流传递到器件，同时把交流信号从器件传递到放大器，放大器再将结果馈送到光子计数器。

图1.典型SNSPD的框图。（图片：ScienceDirect）

SNSPD通常采用氮化铌（NbN）制造，需要在低于4K的低温环境下运行。与当前的APD设计相比，它具有诸多显著的性能优势。例如，具备GHz速率计数能力（即光子可以被记录的速率）、超过90%的高探测效率（实际探测速率与入射光子数量的比值）、低至10⁻⁴Hz的暗计数率（在没有光子的情况下发生的误检测事件）、低于5ps的小抖动（探测器在光子到达后记录光子的时间变化）以及非常快的10ps重置时间（连续光子检测事件之间的滞后）。

近年来，科研人员已经成功研发出一种能够在300K室温下运行的正常入射锗硅（GeSi）单光子雪崩光电二极管（SPAD）。预计它将有力支持使用短波红外（SWIR）光子的室温PQC操作。该器件针对与光子集成电路（PIC）的集成进行了优化设计，旨在为未来几代PQC提供有力支持。

SPAD采用了基于硅晶片的绝缘体上硅（SOI）和硅基铗（GOS）技术，这些技术通常应用于硅光子学（SiPh）器件，以实现互补金属氧化物半导体（CMOS）制造兼容性。令人惊喜的是，300K下的波导GeSiSPAD的性能与4K下的SNSPD相当。

图2.室温波导GeSiSPAD结构和材料。（图片：APLQuantum）

波导GeSiSPAD具有结构简单的特点，如图2所示，它可以通过自上而下或自下而上的工艺进行制造。无论采用哪种工艺，Al后镜的制造方式都是通过氧化物蚀刻在波导GeSiSPAD的末端形成沟槽，然后沉积和图案化Al作为后镜。

综上所述，使用SPD的PQC是一种基于集群状态的MBQC，与使用多量子比特门的量子计算机相比，预计在实现难度上更低。SPD能够有力支持实施PQC所需的量子检测、读取和信息传输等关键操作。目前基于NbN的SNSPD虽然具有高性能，但必须在低于4K的低温下运行。而正在开发的与SiPh器件兼容的室温GeSiSPAD，有望提供与低温SNSPD相当的性能，为量子计算的发展带来新的机遇。