把“命門”掌握在自己手中
作為國際戰(zhàn)略新興技術，量子信息領域面臨著激烈的國際競爭，其核心元器件技術受到國際禁運的影響。高性能單光子探測器是量子調控中不可或缺的關鍵核心部件，也曾在國際禁運之列。
“光子是光的最小單元，一個10瓦的燈泡1秒鐘可以發(fā)出約1020個光子。”中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）研究員尤立星博士向科技日報記者介紹，單光子探測技術就是探測一個光子的技術，代表光信號探測能力的極限。
單光子探測器對量子信息領域到底有多重要？尤立星打了一個比方：假設一顆水滴是水的最小單元，通常情況下水龍頭打開水嘩嘩嘩流出來，而量子調控就像用水龍頭控制每一顆水滴滴下來，單光子探測器相當于探測到滴下來的每一顆水滴。“我們就要把探測到的單個光子轉化為電信號，當前的探測水平是，如果發(fā)射100個光子，我們可以探測到90個。”
SNSPD特種兵與量子信息國家隊的配合戰(zhàn)
尤立星于2007年回國，在上海微系統(tǒng)所開展低溫超導納米線單光子探測器（SNSPD）技術的研發(fā)。該技術利用超導納米材料對光敏感的特性，來實現(xiàn)對單個光子的探測。
單光子探測器的研發(fā)是一個非常復雜的系統(tǒng)工程，從材料生產、加工到系統(tǒng)集成必須從零開始探索。在還沒有自主掌握SNSPD核心技術之前，我國進行量子通信試驗所使用的單光子探測器，效率只有20%，且噪聲極大，與國際最高水平相差甚遠。缺乏高性能單光子探測器已經嚴重影響到我國量子信息領域科學家與國外同行的競爭。
尤立星表示，我國單光子探測器的起步和發(fā)展是從用戶需求中探尋出科研方向，第一步就是要實現(xiàn)器件的實用性和可靠性。
在與中國科學技術大學微尺度國家實驗室潘建偉院士團隊的合作中，尤立星團隊通過研發(fā)新型電路結構，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，并將其應用環(huán)境從實驗室環(huán)境，做到適應于實際現(xiàn)場環(huán)境。2012年，我國自主研發(fā)的SNSPD第一次成功應用到城際量子密鑰分發(fā)網絡中。潘建偉在用戶報告提到：“與國外同類型單光子探測器相比，上海微系統(tǒng)所研制的SNSPD系統(tǒng)基于機械制冷技術實現(xiàn)了即插即用，既大大提升了用戶友好性能，又顯著降低了應用成本，具有很好的推廣價值。”
