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  • 我国单光子探测器探测效率超百分之九十

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-12

    作者:侯文淑、王春资料来源:科技日报,发布时间:2019/9/10 16:445336048

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    Divine assist of quantum regulation-

    中国单光子探测器探测效率超过90%

    Take ' mingman ' in its hands

    作为国际战略中的新兴技术,量子信息领域面临着激烈的国际竞争,其核心组件技术受到国际禁运的影响 高性能单光子探测器是量子调控中不可或缺的关键部件,也已被列入国际禁运名单。

    "光子是最小的光单位。一个10瓦的灯泡一秒钟可以发射大约1020个光子 “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研究所)研究员游李星博士告诉《科学日报》,单光子探测技术是一种探测光子的技术,代表了光信号探测能力的极限。

    单光子探测器对量子信息场有多重要?你李星做了一个类比:假设水滴是最小的水单位,通常水龙头开着,水喷出来,而量子控制就像用水龙头控制每个水滴滴落,单光子探测器相当于探测每个滴落的水滴。 “我们将把探测到的单光子转换成电信号。目前的检测水平是,如果发射100个光子,我们可以检测到90个光子 “

    SNSPD特种部队与量子信息国家队合作

    游李星于2007年回到中国,在上海微系统开发低温超导纳米线单光子探测器技术 该技术利用超导纳米材料的光敏性来探测单光子

    单光子探测器的研发是一项非常复杂的系统工程。从材料生产、加工到系统集成,我们必须从头开始。 在独立掌握SNSPD核心技术之前,我国量子通信实验中使用的单光子探测器效率仅为20%,噪声大,远非世界最高水平。 高性能单光子探测器的缺乏严重影响了中国科学家在量子信息领域与国外同行的竞争。

    游李星说我国单光子探测器的起步和发展是从用户需求中寻找科学研究方向。第一步是实现设备的实用性和可靠性。

    优兴团队与中国科技大学微型国家实验室潘建伟院士团队合作,通过开发新的电路结构,使其应用环境从实验室环境适应实际现场环境,提高了系统的稳定性和可靠性。 2012年,我国自主研发的SNSPD首次成功应用于城际量子密钥分发网络。 潘建伟在用户报告中提到:“与国外同类单光子探测器相比,上海微系统开发的SNSPD系统实现了基于机械制冷技术的即插即用,不仅大大提高了用户友好性能,而且显着降低了应用成本,具有很好的推广价值。” "

    关键技术突破推动中国单光子探测器科学研究走向产业化

    在中国单光子探测器实现国内自主可控的同时,单光子探测器技术的国际水平也有了突飞猛进的发展。 我国量子信息领域的快速发展也对信噪比检测效率提出了更高的要求

    You李星说,2013年,美国用硅化钨材料研制的社交网站检测效率高达93%,而中国用氮化铌材料研制的社交网站检测效率仅为4% “WSi材料制成的设备需要比NbN更低的工作温度,因此低温制冷设备的成本也将翻倍 “你们李星的团队坚持继续利用NbN材料开发SNSPD研发。 经过4年的研究,2016年,该团队终于率先实现了NbN SNSPD器件在1550纳米波长光纤通信中的检测效率超过90%,并保持了NbN SNSPD器件效率的世界纪录。

    "背景暗计数抑制是降低检测系统噪声的关键 ”游兴说,所谓暗计数就是噪声,噪声越低,系统的信噪比越高 当时,国外也有一些降低噪声的方法,但这些方法同时也削弱了信号。 “就像化疗杀死健康细胞同时杀死癌细胞一样 在研究了噪声的来源后,该小组发现连接到芯片的光纤的黑体辐射是背景噪声的主要来源。 在此基础上,他们开发了两种抑制暗计数的关键技术:片上集成低温滤波器和光纤端面低温滤波器。

    “新方法大大降低了杀死正常细胞,特别是杀死‘癌细胞’的可能性,是一种靶向治疗 “游兴这样比喻 据报道,采用该方法的超低暗计数SNSPD系统在暗计数为1 Hz的情况下,检测效率可达80%,居世界首位。 目前,该技术已获得中国、美国和日本的专利授权。

    随着中国高性能SNSPD设备技术的不断进步,潘建伟团队先后创造了光纤量子密钥分发、量子随机数发生器等404公里抗黑客攻击的国际领先成果。量子密钥分发的结果也被评为“中国科学院院士评选2014年中国十大科技进步新闻” 2015年,潘建伟再次提供用户证明:“上海微系统开发的SNSPD系统彻底解决了我国高性能SNSPD技术的问题。其性能指标达到国际先进水平,为我国量子信息领域的可持续发展提供了关键技术支持 “

    SNSPD在性能(如效率)方面的绝对优势可以推动它在许多领域(如量子通信、光量子计算、激光雷达、deep 空通信等)扩展应用 在中国科学院新时期“面向国民经济主战场”的政策和“双创新”的国家政策的鼓励下,上海微系统研究所孵化出一家小型高科技公司,开展SNSPD技术的产业化运营。 你李星说,目标是解决国家的应用需求,通过市场化的方式实现高技术的自我生存和技术迭代,搭建科研与产业之间的桥梁。

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