[科普中国]-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）近期，中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟及同事张军等人取得重要科研突破，他们在国际上首次实现了１．２５ＧＨｚ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ单光子探测器单片集成读出电路，该突破可使高速量子通信终端设备中体积占比最大的探测器模块尺寸减小一个数量级以上，为未来研制小型化量子通信系统奠定了重要基础。国际光学领域权威期刊《光学快报》日前发表了该成果。

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

提高门控工作频率和系统集成度，是ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ单光子探测器研究最重要的技术挑战。针对未来对小型化量子通信设备的迫切需求，需要进一步减小高速单光子探测器的体积。近期，潘建伟团队发展了新型微弱雪崩信号提取技术，并利用低温共烧陶瓷技术，最终研制出１．２５ＧＨｚ单光子探测器的单片集成读出电路芯片，尺寸为１５ｍｍ×１５ｍｍ。随后对该芯片进行７０小时的连续性测试，指标参数保持不变，稳定性得到验证。

据了解，下一步利用光电集成技术，可实现上述单片集成读出电路芯片与ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ雪崩二极管芯片和微型热电制冷器的混合集成，与探测器系统附属电路相结合，最终实现一体化集成的微型高速单光子探测器模块。经测算，与现有同功能高速单光子探测器相比，该模块体积可减小２０倍，这为小型化量子通信系统的研制提供了有力支撑。

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