近日，天津大學精密儀器與光電子工程學院胡小龍教授課題組成功研制了一種具有分形結構的超導納米線單光子探測器（簡稱：分形SNSPD）。這一成果能夠為光量子計算、量子密鑰分發(fā)、遠距離空間光通信、光學成像等領域的應用提供性能優(yōu)異的單光子探測器。

單光子探測器是一種具有極限靈敏度的光電探測器，在捕捉和記錄光信號方面發(fā)揮著至關重要的作用，是推動高靈敏探測、弱光成像、光量子信息處理技術發(fā)展的不可或缺的核心器件。然而，傳統(tǒng)的單光子探測器或者受限于探測光譜范圍、響應速度、信噪比，或者探測效率受限于光子的偏振態(tài)（光的極化方向）。研究團隊以自然界的分形幾何為靈感，設計出一種全新的分形納米線結構，為偏振無關的高效率單光子探測開辟了新路徑。

分形納米線結構復雜而精密。一方面，這種幾何結構賦予了單光子探測器高效率探測任意偏振態(tài)入射光子的能力；另一方面，分形納米線結構也對器件和芯片的微納加工工藝提出了很高的要求。為了實現設計的器件結構與功能，納米線的寬度要在40 nm，也就是人的頭發(fā)直徑的1/2500，而且加工出來的納米線必須邊沿光滑沒有缺陷。

研究團隊利用先進的納米加工技術，經過多年的研發(fā)與工藝迭代，形成了穩(wěn)定的器件與芯片的微納加工流程。針對應用場景，在多個工作波段研制出性能優(yōu)異的分形SNSPD器件、芯片、模塊、系統(tǒng)。

分形SNSPD的應用前景非常廣闊。單光子探測器對光量子計算系統(tǒng)至關重要，能夠高效捕獲量子信息。研究團隊已經與國內多個單位合作，將分形SNSPD應用于實驗量子光學以及對納米激光器的表征。此外，在光通信領域，新型探測器有望顯著提升光子所攜帶的信息的傳輸速度，降低信號損失，為超遠距離的空間光通信提供有力支撐。此外，該探測器還將在光學成像領域發(fā)揮重要作用，特別是在醫(yī)學診斷中，能夠提供更高的分辨率和更清晰的成像效果，助力早期診斷和精準治療。

研究團隊負責人胡小龍表示，分形SNSPD這項技術的成功不僅顯著提升了單光子探測器的性能，更是微納光電子器件與分形幾何的交叉融合，是從原始創(chuàng)意到實用化器件與系統(tǒng)全鏈條自主研發(fā)的創(chuàng)新實踐。團隊的下一步計劃是將分形SNSPD這一技術推向產業(yè)化，以推動相關領域和產業(yè)的發(fā)展。他強調，分形SNSPD的研發(fā)體現了基礎科學研究在解決應用領域“痛點”問題中的重要性；科學技術是第一生產力，也是新質生產力。