近日，位于嘉定区菊园新区的中国科学院上海微系统所李浩、尤立星团队在光量子探测技术领域取得重大突破——研究团队利用三明治结构超导纳米线、多线并行工作的方式实现“超高速”“光子数可分辨”光量子探测器，在深空激光通信、高速率量子通信以及基础量子光学实验等领域具有重要应用前景。

研究团队介绍，当前的光量子探测器主要分为传统单光子探测器、超导转变传感器和超导纳米线单光子探测器三种。传统单光子探测器在效率、速度和时间分辨率等方面难以满足当前应用需求；超导转变传感器具有较好的光子数分辨能力和较高的探测效率，但需要配置极低的工作温度和复杂的读出制冷系统且速度较慢，无法满足通信应用需求；超导纳米线单光子探测器是当前的主流器件，但受制于读出电路和探测器恢复时间限制，其探测速率（计数率）通常仅几十兆赫，且区分光子数难度较大。因此，发展具备大规模光子数分辨能力的高性能探测器是量子光学领域的重要课题之一。

器件结构（a）、超导纳米线（b）

器件封装（c）及制冷系统（d）

据了解，一个10瓦的小灯泡每秒钟释放的光子数以万亿亿计，最大限度捕捉更多光子对科学研究至关重要。“‘超高速’‘光子数可分辨’光量子探测器集成64条超导纳米线，通过纳米线并行工作的方式，探测速率跃升，在1550纳米波长下的系统探测效率达90%，最大计数率为5.2千兆赫，光子数分辨率为61，为高速光子的探测和光子数分辨提供了优异的解决方案。”研究团队介绍，其中，探测效率90%，可以简单理解为100个光子传输过来，有90个都能被精准探测；光子数分辨率61，意味着探测器可以同时辨别61个光子。该项突破将有望支撑月地、火地等深空激光通信、高速量子密钥分发、光量子计算等前沿科研领域。

此外，该光量子探测器搭建基于GM小型制冷机制冷集成系统，支持64路电通道，最低工作温度为2.3K，更为轻便、可靠，适用范围更广，现已得到科技创新2030重大项目、上海市扬帆计划、中国科学院青年促进会项目、上海市量子重大专项、国家自然科学基金等项目资助。

来源：上海嘉定