我國(guó)在小型化量子通信系統(tǒng)研制方面取得重要突破

新華社合肥１２月１２日電（記者 徐海濤）近期，中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及同事張軍等人取得重要科研突破，他們?cè)趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了１．２５ＧＨｚ　ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ單光子探測(cè)器單片集成讀出電路，該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，為未來研制小型化量子通信系統(tǒng)奠定了重要基礎(chǔ)。國(guó)際光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《光學(xué)快報(bào)》日前發(fā)表了該成果。

單光子探測(cè)器是最靈敏的微弱光測(cè)量?jī)x器，在量子信息、激光雷達(dá)、光纖傳感、生物熒光探測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求。在量子通信系統(tǒng)中，通信波段單光子探測(cè)器是其中的核心器件，其性能直接決定了通信距離、通信速率等關(guān)鍵參數(shù)。

提高門控工作頻率和系統(tǒng)集成度，是ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ單光子探測(cè)器研究最重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。針對(duì)未來對(duì)小型化量子通信設(shè)備的迫切需求，需要進(jìn)一步減小高速單光子探測(cè)器的體積。近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)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。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，穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

據(jù)了解，下一步利用光電集成技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述單片集成讀出電路芯片與ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ雪崩二極管芯片和微型熱電制冷器的混合集成，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。