近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事在小型化量子通信系統(tǒng)研制方面實(shí)現(xiàn)重要技術(shù)突破，相關(guān)成果發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《光學(xué)快報(bào)》上。據(jù)介紹，潘建偉教授及其同事張軍等在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)1.25 GHz InGaAs/InP單光子探測(cè)器單片集成讀出電路，該技術(shù)突破可使高速量子通信終端設(shè)備中體積占比最大的探測(cè)器模塊尺寸減小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。經(jīng)測(cè)算，與現(xiàn)有同功能高速單光子探測(cè)器相比，該模塊體積可減小20倍。

單光子探測(cè)器是微弱光測(cè)量最靈敏的儀器，在量子信息、激光雷達(dá)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求。目前主流的通信波段單光子探測(cè)解決方案包括上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器和InGaAs/InP雪崩二極管單光子探測(cè)器。InGaAs/InP單光子探測(cè)器具有成本低、體積小、無(wú)需超低溫制冷等優(yōu)勢(shì)，已在實(shí)用化量子通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

針對(duì)未來(lái)對(duì)小型化量子通信設(shè)備的迫切需求，需要減小高速單光子探測(cè)器的體積。潘建偉團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了新型微弱雪崩信號(hào)提取技術(shù)，并利用低溫共燒陶瓷技術(shù)，最終研制出1.25GHz單光子探測(cè)器的單片集成讀出電路芯片，尺寸為15mm×15mm。

據(jù)介紹，該芯片應(yīng)用于探測(cè)器系統(tǒng)后，經(jīng)性能表征，-50℃條件下探測(cè)效率為27.5%、暗計(jì)數(shù)為1.2kcps，與采用板級(jí)集成的讀出電路的測(cè)試結(jié)果幾乎一致，芯片的功能特性得到驗(yàn)證。隨后對(duì)該芯片進(jìn)行70小時(shí)的連續(xù)性測(cè)試，指標(biāo)參數(shù)保持不變，芯片的穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

隨后利用光電集成技術(shù)等，形成高速單光子探測(cè)器集成組件，并與探測(cè)器系統(tǒng)附屬電路相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)一體化集成的微型高速單光子探測(cè)器模塊。經(jīng)測(cè)算，與現(xiàn)有同功能高速單光子探測(cè)器相比，該模塊體積可減小20倍，這為小型化量子通信系統(tǒng)的研制提供了有力支撐。