全球首款四通道超低噪声单光子探测器成功研制

科技日报记者 洪敬谱

10日，安徽省量子信息工程技术研究中心发布消息，全球首款四通道超低噪声单光子探测器成功研制并实现量产。该设备在探测效率、暗噪声水平、集成度等多项关键指标上刷新世界纪录，标志着我国单光子探测技术进入领跑阶段，可为量子通信、单光子雷达、生物荧光成像、深空激光测距、单光子成像等应用提供自主可控、性能领先的核心组件。

单光子探测器可以比作具备超凡视力的“眼睛”，能精准捕捉和识别单个光子，是量子密钥分发、荧光寿命成像、激光雷达等系统的核心组件。此前国际上仅有单通道的同类工程化产品，复杂探测场景下需多台协同，传统制冷工艺也限制了探测能力的提升。这些短板是制约量子信息产业规模化落地的关键瓶颈。

“难点是如何在一个拳头大小的制冷器上实现低温、低噪声、多通道。”科大国盾量子技术股份有限公司探测器负责人方余强表示，在中国科学技术大学和中国科学院量子信息与量子科技创新研究院的专利与技术许可基础上，研发团队经过三年多努力，攻克了热声制冷机小型化、制冷器密封可靠性、通道间串扰抑制等技术难题，单个制冷器的最低工作温度从此前的零下50摄氏度降低至零下120摄氏度。在20%探测效率下，暗噪声水平降低约90%，达到约100赫兹的超低值。

国际首创的四通道集成架构，是该产品的另一亮点。四通道的深度制冷单光子探测器体积仅为国际同类单通道产品的1/9，单台就能完成此前多台探测器才能实现的复杂探测任务。这一高集成度的设计打破了过去体积大、功耗高、通道一致性差等局限，产品最大探测效率大大提升，对极微弱光的探测灵敏度进一步迈向极限。

“将‘灵敏的光眼’升级成‘火眼金睛’，实现了我国在量子信息源头核心器件与组件环节的自给自足。”安徽省量子信息工程技术研究中心主任唐世彪介绍，新产品在关键性能、集成度、工程实用性等方面均实现了国际领先，不仅打破了国际技术垄断，也进一步提升了我国在量子信息关键技术领域的自主可控能力。

目前，新型单光子探测器产品已服务于国内顶尖科研单位，具备批量生产与交付能力。“未来，研发团队将沿着小型化、芯片化、集成化的发展路径，推动产品加快走向规模化应用，为下一代星地一体量子通信网络、高精度激光雷达、深空探测等重大工程提供‘中国方案’。”唐世彪表示。