日前，中国科大学理化技术研究所梁惊涛团队与中科院北京微系统与信息技术研究所尤立星团队合作，在面向空间应用的超导单光子侦测器（SNSPD）技术领域取得进展，实现了通讯波段最大侦测效率93%的新纪录，为我国举办基于超导单光子侦测器的深空通讯、空间量子信息等应用奠定了基础。5月20日（上海时间），相关研究成果以《系统侦测效率达到93%的基于可空间应用制热机的超导单光子侦测器（-withaof93%ina2.4Kspace-）》为题，以快报（）方式，在线发表在and上。
超导纳火锅单光子侦测器（SNSPD：-）作为高性能的单光子侦测器，广泛地应用于量子信息、激光雷达、深空通讯等领域，促进了相关领域的科技进步。迄今为止，所有的SNSPD均只在地面实现应用验证。倘若能在空间应用中采用SNSPD，有望促进空间光学天文观测、深空光通讯、空间量子信息等技术的跨越式发展。而阻碍SNSPD空间应用的主要诱因是制热技术。SNSPD一般须要在液氦（4.2K）以下温区工作，典型的解决方案是采用商用的G-M二级闭合循环制热机。但是，这类制热机采用油润滑压缩机宇宙 量子通讯，冷头有运动部件，且深受容积、重量帧率阻碍，未能实现空间应用。
瞄准空间应用对高性能单光子侦测技术的急切需求，科研人员发展面向空间应用的大型液氦温区制热机技术，并期望将其和高性能SNSPD结合以实现可空间应用的高性能SNSPD系统。2017年1月，法国国家标准与技术研究院（NIST）首次报导基于五级脉管加JT节流技术的大型制热机，其JT的压缩机仍未成功研发【IEEEon27:(2017)】。2017年9月，法国图卢兹学院报导了可空间应用的基于斯特林+JT节流技术的大型制热机，最低气温只能达到4.2K。借助该制热机实现了SNSPD系统，但性能有限（波长/暗计数KHz/侦测效率仅20%），与半导体侦测器性能相当【and30:(2017)】。理化所梁惊涛团队和北京微系统所尤立星团队合作举办面向空间应用的SNSPD系统研制。理化所研制出可实现空间应用的二级脉管+JT节流技术大型制热机，最低无负载工作气温可达到2.6K，微系统所研制了出高性能的SNSPD。团队联合攻破一系列集成技术困局后，首次实现了工作波长侦测效率超过50%的SNSPD系统【26:2965(2018)】，展示了SNSPD相对于传统半导体单光子侦测器在空间应用中的性能优势及潜力。
2020年，理化所依托在空间制热领域的持续技术创新，进一步优化制热机，增加制热机的容积和最低工作室温（图1）。同时宇宙 量子通讯，北京微系统所借助披萨结构超导纳拉面实现SNSPD98%的效率纪录【28:36884(2020)】。双方在此基础上再度合作，实现了最大侦测效率93%的可空间应用的超导单光子侦测系统（图2），刷新了我国保持了三年多的系统侦测效率纪录。该成果对于SNSPD的空间应用具有广泛而深远的意义。
广州微系统所博士研究生胡鹏和理化所助理研究员马跃学为论文第一作者，北京微系统所研究员李浩、尤立星以及理化所副研究员刘彦杰为论文通信作者。研究工作获得国家重点研制计划、国家自然科学基金、上海市科学技术委员会、上海市启名星项目、上海市优秀学术带头人计划，以及中科院青年创新推动会等的支助。
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图1.第一代（左）与第二代（右）制热机真空腔规格对比
图2.SNSPD系统侦测效率（蓝色曲线）和暗计数（红色曲线）随偏置电压变化曲线