新時代中國調(diào)研行之長三角篇丨一個單光子探測器的長三角協(xié)同創(chuàng)新之旅

如果把刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄的量子計算原型機“九章三號”打開，會看到近10個圓柱形“小冰箱”，每個“小冰箱”里精心排布著10多個比指甲蓋兒略大、帶著光纖“小辮子”的金屬模塊。

“這些模塊名為超導(dǎo)單光子探測器，是‘九章三號’中捕捉并識別單個光子的‘眼睛’。”中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員尤立星告訴記者，在上海誕生，到浙江封裝，再到安徽應(yīng)用，每個單光子探測器都會經(jīng)歷一場長三角協(xié)同創(chuàng)新之旅。

對于光量子計算來說，“火眼金睛”非常重要。尤立星說，光量子計算是用光子的不同量子態(tài)來表達運算中的“0”或“1”，要獲得運算結(jié)果就要識別其中的每一個光子。一個10瓦的小燈泡每秒鐘釋放的光子數(shù)以萬億億計，一個光子的微弱程度可想而知，單光子探測器需要非常精準(zhǔn)。

尤立星在實驗室為記者介紹單光子探測器。 新華社記者董雪 攝

記者采訪了解到，2020年，尤立星團隊刷新了光子探測效率的世界紀(jì)錄，探測效率達到98%，可以簡單理解為100個光子一個一個傳輸過來，其中98個都能被精準(zhǔn)探測。

科研追求的是極致，而應(yīng)用需要規(guī)�；�普及。采訪中，國家需求、應(yīng)用導(dǎo)向給記者留下了更深的印象。尤立星團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊的合作始于10多年前，那時候尤立星和同事經(jīng)常上海、合肥兩地跑。

“單光子探測器對環(huán)境非常敏感，我們需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境做出調(diào)整。”尤立星說，“‘九章三號’需要100多個高效率單光子探測器，在實驗室環(huán)境里實現(xiàn)一個高效率的單光子探測器不難，難的是做出一批，而且可以適用于各種應(yīng)用環(huán)境。”

團隊在一致性、適用性和降低使用門檻方面下了大功夫。例如，單光子探測器之所以要被集成在“小冰箱”里，那是因為其使用的超導(dǎo)材料需要在接近絕對零度的環(huán)境下工作。團隊選擇了工作溫度相對較高的一款超導(dǎo)材料，以此縮小“冰箱”的尺寸，降低使用門檻。

再如，為了實現(xiàn)單光子探測器的批量化供貨能力，團隊在毗鄰上海的浙江嘉善打造了一條封裝集成生產(chǎn)線。單光子探測器在這里被裝進“小冰箱”，然后再運往安徽合肥。

應(yīng)用在“九章三號”中的一臺超導(dǎo)單光子探測器。(受訪者供圖)

在中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的實驗室里，記者看到了10余種研制中的單光子探測器。“上海有非常強的科技實力，嘉善有制造的成本優(yōu)勢，合肥在持續(xù)探索量子科技前沿。”尤立星表示，長三角協(xié)同創(chuàng)新持續(xù)助力量子科技攀登科技高峰，團隊將繼續(xù)圍繞應(yīng)用需求推動單光子探測技術(shù)演進。(記者董雪、屈彥)