新时代中国调研行之长三角篇丨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。

  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。

  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）