PQC中的计算方式与传统使用量子门的计算有所不同，它依赖于高度纠缠的量子态，也就是簇态的局部测量。这一过程对单光子传感器提出了需求。而且，除了能在室温下运行之外，相较于复杂的多量子比特门，PQC中的计算预计更易于实现。

单光子传感器在PQC中支持多种操作，主要包括以下几个方面：

检测光子的相关行为以验证其纠缠状态：通过对光子行为的检测，能够判断光子之间的纠缠关系是否符合预期，这对于量子计算的准确性至关重要。

读取以光子编码的量子比特的量子态：准确读取量子比特的量子态是进行量子计算的基础，单光子传感器在这一过程中发挥着关键作用。

使用量子隐形传态和纠缠光子在量子比特之间传输信息：借助量子隐形传态和纠缠光子的特性，实现量子比特之间的信息传递，从而完成量子计算中的数据交互。

然而，PQC研究人员面临着一个主要挑战，即开发能够在室温下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，成为了最常见的探测器类型。此外，雪崩光电二极管（APD）也有一定的应用。不过，大多数APD缺乏PQC应用所需的灵敏度。当前，研究人员正在努力开发APD的新方法，以在保持室温运行的同时提高其性能。

典型的SNSPD的框图如图1所示。偏振控制器负责转发偏振光子，衰减器用于控制平均光子数，并且需要一个低温冷却器来支持单光子检测。在SNSPD的输出侧，偏置器将直流偏置电流传递到器件，并将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通常使用氮化铌（NbN）制造，并且需要在低于4K的温度下运行。与当前的APD设计相比，SNSPD具有几个重要的性能优势：

GHz速率计数：意味着它能够以极高的速率记录光子，满足量子计算中对高速数据处理的需求。

超过90%的高探测效率：实际探测速率与入射光子数量相比达到了很高的比例，保证了对光子的有效检测。

10⁻⁴Hz的低暗计数率：在没有光子的情况下发生的误检测事件极少，提高了检测的准确性。

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很小，确保了时间上的精确性。

非常快的10ps重置时间：连续光子检测事件之间的滞后时间极短，能够快速响应下一个光子的检测。

近年来，室温光子传感器也取得了重要进展。已经证明有一种在300K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，旨在支持未来几代PQC。

SPAD采用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。在300K下的波导GeSiSPAD和在4K下的SNSPD具有相当的性能。

波导GeSiSPAD具有简单的结构，如图2所示，可以使用自上而下或自下而上的工艺制造。无论采用哪种工艺，Al后镜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作为后镜来制造的。

图2.室温波导GeSiSPAD结构和材料。（图片：APLQuantum）

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，预计更容易实现。SPD支持实施PQC所需的量子检测、读取和信息传输。目前基于NbN的SNSPD具有高性能，但必须在低于4K的温度下运行。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。