【化工仪器网 项目成果】超导纳米线单光子探测器作为当前的主流器件，在量子通信、光学量子计算和量子力学原理验证等领域具有广泛应用。然而，传统的超导纳米线单光子探测器在探测速率和光子数分辨能力上存在一定的局限性。
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所(以下简称“上海微系统所”)李浩与尤立星团队，利用三明治结构超导纳米线、多线并行工作的方式，发展出最大计数率5GHz、光子数分辨率61的超高速、光子数可分辨光量子探测器。
据了解，该探测器在探测效率和速度上均达到了国际领先水平。在1550nm波长下的系统探测效率高达90%，意味着在传输过程中，每100个光子中有90个能被探测器精准捕捉。同时，其光子数分辨率达到61，意味着探测器能够同时辨别出多达61个光子的数量，这在光量子探测领域是一项重大进步。
值得一提的是，为了保证探测系统的轻便性和可靠性，研究团队还搭建了基于GM小型制冷机制冷集成系统。该系统支持64路电通道，最低工作温度为2.3K，为探测器提供了稳定的工作环境。同时，探测器芯片在分布式布拉格反射器上集成了64条超导纳米线，既提高了光子吸收率，又保证了探测速度。
对于这项技术的研发背景，李浩表示：“随着量子技术的快速发展，对光量子探测器的性能要求也越来越高。我们团队一直致力于提高探测器的效率和速度，以满足更广泛的应用需求。此次成功研制出光子数可分辨的超高速光量子探测器，是我们多年努力的成果。”
上海微系统所此次的突破，不仅解决了传统的超导纳米线单光子探测器在探测速率和光子数分辨能力局限性，还为深空激光通信、高速率量子通信以及基础量子光学实验等领域提供了有力的技术支持。
相关研究成果以Superconducting single photon detector with speed of 5 GHz and photon number resolution of 61为题在线发表在《光子学研究》(Photonics Research)上，并入选编辑推荐。研究工作得到科技创新2030-重大专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会项目、上海市“扬帆计划”等的支持。
资料来源： 上海微系统与信息技术研究所
作者：杨
