新时代中国调研行之长三角篇|一个单光子探测器的长三角协同创新之旅

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)

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