近日，中國科學(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》上。據(jù)介紹，潘建偉教授及其同事張軍等在國際上首次實現(xiàn)1.25 GHz InGaAs/InP單光子探測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器模塊尺寸減小一個數(shù)量級以上。經(jīng)測算，與現(xiàn)有同功能高速單光子探測器相比，該模塊體積可減小20倍。

單光子探測器是微弱光測量最靈敏的儀器，在量子信息、激光雷達等領(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解決方案包括上轉(zhuǎn)換單光子探測器、超導(dǎo)納米線單光子探測器和InGaAs/InP雪崩二極管單光子探測器。InGaAs/InP單光子探測器具有成本低、體積小、無需超低溫制冷等優(yōu)勢，已在實用化量子通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

針對未來對小型化量子通信設(shè)備的迫切需求，需要減小高速單光子探測器的體積。潘建偉團隊進一步發(fā)展了新型微弱雪崩信號提取技術(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)用于探測器系統(tǒng)后，經(jīng)性能表征，-50℃條件下探測效率為27.5%、暗計數(shù)為1.2kcps，與采用板級集成的讀出電路的測試結(jié)果幾乎一致，芯片的功能特性得到驗證。隨后對該芯片進行70小時的連續(xù)性測試，指標參數(shù)保持不變，芯片的穩(wěn)定性得到驗證。

隨后利用光電集成技術(shù)等，形成高速單光子探測器集成組件，并與探測器系統(tǒng)附屬電路相結(jié)合，最終實現(xiàn)一體化集成的微型高速單光子探測器模塊。經(jīng)測算，與現(xiàn)有同功能高速單光子探測器相比，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。