日前,中国科学技术学院院长潘建伟及其朋友张军等在国际上首次实现1.25GHz/InP单光子侦测器单片集成读出电路,该技术突破可使高速量子通讯终端设备中容积占比最大的侦测器模块规格降低一个数目级以上,为未来研发大型化量子通讯系统奠定了重要的元件基础。相关成果发表在《光学快报》上。
单光子侦测器是微弱光检测最灵敏的仪器,在量子信息、激光雷达、光纤传感器、生物萤光侦测等领域有广泛的应用需求。在量子通讯系统中,通讯波段单光子侦测器是核心元件,其性能直接决定了通讯距离、通信速度等关键参数。目前主流的通讯波段单光子侦测解决方案包括上转换单光子侦测器、超导纳面条单光子侦测器和/InP雪崩晶闸管单光子侦测器。/InP单光子侦测器具有成本低、体积小、无需超高温制热等优势,已在实用化量子通讯等领域得到广泛应用。
增强门控工作频度、提升系统集成度是/InP单光子侦测器研究方向上最重要的技术挑战。2012年曾经,我国所有的量子通讯网路中使用的该类型侦测器工作频度均不超过10MHz,严重阻碍了通讯距离和通讯速度。潘建伟团队通过发展余弦门控、集成混频、后脉冲精确标定等一系列关键技术量子通讯技术,2012年在国际上首次研发出板级集成的1.25GHz/InP单光子侦测器,将工作频度提高了两个数目级以上,侦测器系统容积降为2U标准机箱规格。随后,该团队进一步研发出符合联通工业标准的四通道集成高速单光子侦测器板卡量子通讯技术,再度提高了侦测器系统集成度。这种高速侦测器率先在国家高技术研究发展计划(863计划)“光纤量子通讯综合应用演示网路”中远距离试验床和“济南量子通讯试验网”等网路中进行常年测试,整体性能和稳定性得到有效验证,并在量子保密通讯“京沪干线”技术验证及应用示范项目中得到规模化的应用。