關(guān)鍵技術(shù)突破推動(dòng)我國(guó)SNSPD科研邁向產(chǎn)業(yè)化

　　就在我國(guó)SNSPD從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)自主可控的同時(shí)，國(guó)際上單光子探測(cè)器技術(shù)水平也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國(guó)量子信息領(lǐng)域的快速發(fā)展也對(duì)SNSPD探測(cè)效率提出了更高需求。

　　尤立星介紹，2013年，美國(guó)采用硅化鎢（WSi）材料研發(fā)的SNSPD探測(cè)效率最高可達(dá)93%，而我國(guó)當(dāng)時(shí)采用氮化鈮（NbN）材料制備的SNSPD探測(cè)效率只有4%。“WSi材料制備的器件需要比NbN更低的工作溫度，因此低溫制冷裝備的成本也要成倍地增加。”尤立星團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持在利用NbN材料開展SNSPD研發(fā)的方向上繼續(xù)前進(jìn)。經(jīng)過4年左右的鉆研，2016年，團(tuán)隊(duì)終于在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)NbN SNSPD器件在光纖通信1550納米波長(zhǎng)的探測(cè)效率超過90%，并持續(xù)保持NbN SNSPD器件效率世界紀(jì)錄。

　　“背景暗計(jì)數(shù)抑制是降低探測(cè)系統(tǒng)噪聲的關(guān)鍵。”尤立星講到，所謂暗計(jì)數(shù)就是噪聲，噪聲越低，系統(tǒng)信噪比就越高。當(dāng)時(shí)國(guó)外也有一些降低噪聲的方法，但是這些方法同時(shí)也減弱了信號(hào)。“就像化療在殺死癌細(xì)胞的同時(shí)也殺死了健康細(xì)胞。”團(tuán)隊(duì)對(duì)噪聲的起源進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，與芯片相連光纖的黑體輻射是背景噪聲的主要來(lái)源。在此基礎(chǔ)上，他們研發(fā)出片上集成低溫濾波器和光纖端面低溫濾波器兩種暗計(jì)數(shù)抑制關(guān)鍵技術(shù)。

　　“新方法極大降低了殺死正常細(xì)胞的概率，專殺‘癌細(xì)胞’，是一種靶向治療。”尤立星這樣比喻。據(jù)悉，采用該方法的超低暗計(jì)數(shù)SNSPD系統(tǒng)探測(cè)效率可以在暗計(jì)數(shù)1赫茲條件下達(dá)到80%，居國(guó)際領(lǐng)先水平。目前該技術(shù)已獲得了中、美、日三國(guó)專利授權(quán)。

　　在我國(guó)高性能SNSPD器件技術(shù)不斷前進(jìn)的過程中，潘建偉團(tuán)隊(duì)先后創(chuàng)造了404公里可抵御黑客攻擊的光纖量子密鑰分發(fā)、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的成果，量子密鑰分發(fā)成果還入選“兩院院士評(píng)選2014年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。2015年，潘建偉再次提供用戶證明：“上海微系統(tǒng)所研發(fā)的SNSPD系統(tǒng)徹底解決了我國(guó)高性能SNSPD技術(shù)的有無(wú)問題，性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)量子信息領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。”

　　SNSPD在效率等性能上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)能夠推動(dòng)其在量子通信、光量子計(jì)算、激光雷達(dá)、深空通信等多個(gè)領(lǐng)域拓展應(yīng)用。在中科院新時(shí)期“面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)”的辦院方針以及國(guó)家“雙創(chuàng)”政策鼓勵(lì)下，上海微系統(tǒng)所孵化成立了小型高科技公司，開展SNSPD技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作。尤立星表示，目的是要解決國(guó)家的應(yīng)用需求，通過市場(chǎng)化方式實(shí)現(xiàn)高科技的自我生存和技術(shù)迭代，在科研與產(chǎn)業(yè)之間搭建一座橋梁。（侯樹文 王 春）