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一个单光子探测器的长三角协同创新之旅


  来源: 新华网 时间:2024-04-22 编辑:清风
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如果把刷新光量子信息技术世界纪录的量子计算原型机“九章三号”打开,会看到近10个圆柱形“小冰箱”,每个“小冰箱”里精心排布着10多个比指甲盖儿略大、带着光纤“小辫子”的金属模块。


“这些模块名为超导单光子探测器,是‘九章三号’中捕捉并识别单个光子的‘眼睛’。”中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员尤立星告诉记者,在上海诞生,到浙江封装,再到安徽应用,每个单光子探测器都会经历一场长三角协同创新之旅。


对于光量子计算来说,“火眼金睛”非常重要。尤立星说,光量子计算是用光子的不同量子态来表达运算中的“0”或“1”,要获得运算结果就要识别其中的每一个光子。一个10瓦的小灯泡每秒钟释放的光子数以万亿亿计,一个光子的微弱程度可想而知,单光子探测器需要非常精准。


尤立星在实验室为记者介绍单光子探测器。 新华社记者董雪 摄


记者采访了解到,2020年,尤立星团队刷新了光子探测效率的世界纪录,探测效率达到98%,可以简单理解为100个光子一个一个传输过来,其中98个都能被精准探测。


科研追求的是极致,而应用需要规模化普及。采访中,国家需求、应用导向给记者留下了更深的印象。尤立星团队与中国科学技术大学潘建伟团队的合作始于10多年前,那时候尤立星和同事经常上海、合肥两地跑。


“单光子探测器对环境非常敏感,我们需要根据应用环境做出调整。”尤立星说,“‘九章三号’需要100多个高效率单光子探测器,在实验室环境里实现一个高效率的单光子探测器不难,难的是做出一批,而且可以适用于各种应用环境。”


团队在一致性、适用性和降低使用门槛方面下了大功夫。例如,单光子探测器之所以要被集成在“小冰箱”里,那是因为其使用的超导材料需要在接近绝对零度的环境下工作。团队选择了工作温度相对较高的一款超导材料,以此缩小“冰箱”的尺寸,降低使用门槛。


再如,为了实现单光子探测器的批量化供货能力,团队在毗邻上海的浙江嘉善打造了一条封装集成生产线。单光子探测器在这里被装进“小冰箱”,然后再运往安徽合肥。


应用在“九章三号”中的一台超导单光子探测器。(受访者供图)


在中国科学院上海微系统与信息技术研究所的实验室里,记者看到了10余种研制中的单光子探测器。“上海有非常强的科技实力,嘉善有制造的成本优势,合肥在持续探索量子科技前沿。”尤立星表示,长三角协同创新持续助力量子科技攀登科技高峰,团队将继续围绕应用需求推动单光子探测技术演进。(记者董雪、屈彦)

关键词:单光子探测器    浏览量:2609

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