10日，安徽省量子信息工程技術(shù)研究中心發(fā)布消息，全球首款四通道超低噪聲單光子探測器成功研制并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。該設(shè)備在探測效率、暗噪聲水平、集成度等多項關(guān)鍵指標(biāo)上刷新世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國單光子探測技術(shù)進(jìn)入領(lǐng)跑階段，可為量子通信、單光子雷達(dá)、生物熒光成像、深空激光測距、單光子成像等應(yīng)用提供自主可控、性能領(lǐng)先的核心組件。

單光子探測器可以比作具備超凡視力的“眼睛”，能精準(zhǔn)捕捉和識別單個光子，是量子密鑰分發(fā)、熒光壽命成像、激光雷達(dá)等系統(tǒng)的核心組件。此前國際上僅有單通道的同類工程化產(chǎn)品，復(fù)雜探測場景下需多臺協(xié)同，傳統(tǒng)制冷工藝也限制了探測能力的提升。這些短板是制約量子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模化落地的關(guān)鍵瓶頸。

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全球首款四通道超低噪聲半導(dǎo)體單光子探測器。

“難點(diǎn)是如何在一個拳頭大小的制冷器上實(shí)現(xiàn)低溫、低噪聲、多通道。”科大國盾量子技術(shù)股份有限公司探測器負(fù)責(zé)人方余強(qiáng)表示，在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院的專利與技術(shù)許可基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過三年多努力，攻克了熱聲制冷機(jī)小型化、制冷器密封可靠性、通道間串?dāng)_抑制等技術(shù)難題，單個制冷器的最低工作溫度從此前的零下50攝氏度降低至零下120攝氏度。在20%探測效率下，暗噪聲水平降低約90%，達(dá)到約100赫茲的超低值。

國際首創(chuàng)的四通道集成架構(gòu)，是該產(chǎn)品的另一亮點(diǎn)。四通道的深度制冷單光子探測器體積僅為國際同類單通道產(chǎn)品的1/9，單臺就能完成此前多臺探測器才能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜探測任務(wù)。這一高集成度的設(shè)計打破了過去體積大、功耗高、通道一致性差等局限，產(chǎn)品最大探測效率大大提升，對極微弱光的探測靈敏度進(jìn)一步邁向極限。

“將‘靈敏的光眼’升級成‘火眼金睛’，實(shí)現(xiàn)了我國在量子信息源頭核心器件與組件環(huán)節(jié)的自給自足。”安徽省量子信息工程技術(shù)研究中心主任唐世彪介紹，新產(chǎn)品在關(guān)鍵性能、集成度、工程實(shí)用性等方面均實(shí)現(xiàn)了國際領(lǐng)先，不僅打破了國際技術(shù)壟斷，也進(jìn)一步提升了我國在量子信息關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的自主可控能力。

目前，新型單光子探測器產(chǎn)品已服務(wù)于國內(nèi)頂尖科研單位，具備批量生產(chǎn)與交付能力。“未來，研發(fā)團(tuán)隊將沿著小型化、芯片化、集成化的發(fā)展路徑，推動產(chǎn)品加快走向規(guī)模化應(yīng)用，為下一代星地一體量子通信網(wǎng)絡(luò)、高精度激光雷達(dá)、深空探測等重大工程提供‘中國方案’。”唐世彪表示。