我国在小型化量子通信系统研制方面取得重要突破

新华社合肥12月12日电(记者徐海涛)近日，中国科学院院士、中国科技大学潘剑伟教授及其同事张军等人取得重要科学突破。他们在世界上首次实现了1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器的单片集成读出电路。这一突破可以将高速量子通信终端设备中体积最大的探测器模块的尺寸缩小一个数量级以上，为小型化量子通信系统的未来发展奠定重要基础。国际权威杂志《光学快报》最近公布了这一结果。(论文链接)

单光子探测器是最灵敏的弱光测量仪器，在量子信息、激光雷达、光纤传感、生物荧光检测等领域有着广泛的应用需求。在量子通信系统中，通信波段单光子探测器是核心器件，其性能直接决定了通信距离、通信速率等关键参数。

提高选通频率和系统集成度是InGaAs/InP单光子探测器研究中最重要的技术挑战。鉴于未来对小型化量子通信设备的迫切需求，有必要进一步减小高速单光子探测器的体积。最近，潘剑伟团队开发了一种新的微弱雪崩信号提取技术，并最终开发了一个15 mm × 15 mm的单片集成读出电路芯片，用于采用低温共烧陶瓷技术的1.25 GHz单光子探测器。经过70小时的连续测试，芯片的指标参数保持不变，稳定性得到验证。

据了解，下一步可以利用光电集成技术实现单片集成读出电路芯片、InGaS/InP雪崩二极管芯片和微型热电制冷器的混合集成，并结合探测器系统的附属电路最终实现集成的高速微型单光子探测器模块。经计算，与现有功能相同的高速单光子探测器相比，该模块的体积可缩小20倍，为小型化量子通信系统的发展提供了有力支持。