- 中国研发的单光子探测器具备100通道，推进量子网络技术。
- 该探测器的通讯保真度超过90%，显示其有效性。
- 研究人员使用新材料克服了热负载问题，提升了性能。
- 测试结果显示，检测效率达到80%，且虚假正确率极低。
中国上海微系统与信息技术研究所 (SIMIT) 研发出一款具备 100 通道的单光子探测器，为中国发展宽频量子网络铺平道路。使用此探测器测试的原型网络显示其通讯保真度超过 90%。随着量子计算和传感技术的进步，未来对量子信息网络的需求将日益增长。尽管目前正在测试不同的网络方案，但与现有光纤网络相似的方案因其转型便利性而更具潜力。单光子探测器 (SPD) 是此类网络的关键组件，因为其能够测量光子或个别光粒子，进而用于存储量子信息。
SPDs 可以帮助部署光纤或太空链接以进行量子数据传输，同时也有助于量子纠缠或瞬间转移，通过将量子状态传递到光子中。
SPDs 的挑战与需求
使用 SPDs 的挑战在于，为了使量子技术得以发展和扩展，还需要开发更高容量的 SPDs。目前，量子研究中使用的 SPDs 主要有两种。超导纳米线单光子探测器 (SNSPDs) 是高端光电装置，具有极高的检测精度，但需要超低温进行操作。另一方面，单光子雪崩二极管 (SPADs) 可以在室温下工作，但准确性较低，因此 SNSPDs 更受青睐。然而，SNSPDs 对超低温的要求也带来了其他挑战。
在读取过程中，SNSPDs 需连接至保持在室温的仪器。这通常是通过相对较厚且由热导金属制成的同轴电缆来实现，而这些电缆会使室温热量进入 SNSPD 的低温腔室，这被称为热负载。随着 SNSPD 内部检测通道数量的增加，所需的读取电缆数量也随之增加，从而增加了热负载。
新材料的应用与效果
为了克服这一问题，SIMIT 的研究人员对 SNSPD 进行了全面的重新设计，并用一种称为高密度多核微带线的特殊柔性材料替换了同轴电缆。这些微带线不仅超薄，还具备良好的热绝缘性，因此它们回传给低温腔室的热量非常有限。根据 SIMIT 团队的说法，进入系统的热量仅为传统电缆的二十一分之一。这使得他们能够在不显著增加 SNSPD 体积的情况下，增加更多独立通道。
为了测试其设计，研究人员进行了为期七天的连续运行，结果发现低温腔室的温度保持在 2.1K 以下，接近绝对零度的 0K （-273.15 摄氏度）。在测试期间，通道的检测效率达到 80%，同时报告的虚假正确率极低，研究人员在一篇论文中指出。
量子纠缠分布网络的测试
为了进行更贴近现实情境的比较，研究团队建立了一个五用户的量子纠缠分布网络，并设置了 10 条双向量子链接。每位用户通过新开发的 SPD 通道接收光子，并发现通讯保真度，即量子信息的保存，超过 90%。该研究结果已发表于《Laser & Photonics Reviews》期刊。
项目 规格 通道数 100 检测效率 80% 运行温度 2.1K
新探测器如何影响量子技术发展
单光子探测器在量子技术中扮演重要角色，特别是在量子数据传输和量子纠缠方面。随着对量子网络需求的增加，开发高性能的探测器成为关键。SIMIT的研究显示，通过创新设计和材料应用，可以有效解决传统探测器面临的热负载问题，从而提升量子信息的传输效率。这不仅有助于推进量子互联网的发展，也可能促进相关技术的商业化应用，对未来的科技发展具有深远影响。