近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所梁驚濤團(tuán)隊(duì)與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星團(tuán)隊(duì)合作，在面向空間應(yīng)用的超導(dǎo)單光子探測(cè)器（SNSPD）技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了通信波段最大探測(cè)效率93%的新紀(jì)錄，為我國(guó)開(kāi)展基于超導(dǎo)單光子探測(cè)器的深空通信、空間量子信息等應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。5月20日（北京時(shí)間），相關(guān)研究成果以《系統(tǒng)探測(cè)效率達(dá)到93%的基于可空間應(yīng)用制冷機(jī)的超導(dǎo)單光子探測(cè)器（Superconducting single-photon detector with a system efficiency of 93% operated in a 2.4 K space-application compatible cryocooler）》為題，以快報(bào)（Letter）形式，在線發(fā)表在Superconductor Science and Technology上。
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超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD：Superconducting nanowire single-photon detector）作為高性能的單光子探測(cè)器，廣泛地應(yīng)用于量子信息、激光雷達(dá)、深空通信等領(lǐng)域，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。迄今為止，所有的SNSPD均只在地面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用驗(yàn)證。如果能在空間應(yīng)用中采用SNSPD，有望推動(dòng)空間光學(xué)天文觀測(cè)、深空光通信、空間量子信息等技術(shù)的跨越式發(fā)展。而制約SNSPD空間應(yīng)用的主要因素是制冷技術(shù)。SNSPD通常需要在液氦（4.2K）以下溫區(qū)工作，典型的解決方案是采用商用的G-M二級(jí)閉合循環(huán)制冷機(jī)。然而，這類制冷機(jī)采用油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，冷頭有運(yùn)動(dòng)部件，且受到體積、重量功耗制約，無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間應(yīng)用。 7Fy^K;V"  
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瞄準(zhǔn)空間應(yīng)用對(duì)高性能單光子探測(cè)技術(shù)的迫切需求，科研人員發(fā)展面向空間應(yīng)用的小型液氦溫區(qū)制冷機(jī)技術(shù)，并期望將其和高性能SNSPD結(jié)合以實(shí)現(xiàn)可空間應(yīng)用的高性能SNSPD系統(tǒng)。2017年1月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）首次報(bào)道基于三級(jí)脈管加JT節(jié)流技術(shù)的小型制冷機(jī)，其JT的壓縮機(jī)尚未成功研制【IEEE Trans on Appl Supercond 27: 9500405 (2017)】。2017年9月，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)報(bào)道了可空間應(yīng)用的基于斯特林+JT節(jié)流技術(shù)的小型制冷機(jī)，最低溫度只能達(dá)到4.2K。利用該制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了SNSPD系統(tǒng)，但性能有限（1310nm波長(zhǎng)/暗計(jì)數(shù)KHz/探測(cè)效率僅20%），與半導(dǎo)體探測(cè)器性能相當(dāng)【Supercond Sci and Tech 30: 11lt01 (2017)】。理化所梁驚濤團(tuán)隊(duì)和上海微系統(tǒng)所尤立星團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展面向空間應(yīng)用的SNSPD系統(tǒng)研發(fā)。理化所研發(fā)出可實(shí)現(xiàn)空間應(yīng)用的二級(jí)脈管+JT節(jié)流技術(shù)小型制冷機(jī)，最低無(wú)負(fù)載工作溫度可達(dá)到2.6K，微系統(tǒng)所研發(fā)了出高性能的SNSPD。團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻克一系列集成技術(shù)難題后，首次實(shí)現(xiàn)了1550nm工作波長(zhǎng)探測(cè)效率超過(guò)50%的SNSPD系統(tǒng)【Optics Express 26: 2965 (2018)】，展示了SNSPD相對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體單光子探測(cè)器在空間應(yīng)用中的性能優(yōu)勢(shì)及潛力。 zztW7MG2lQ  
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2020年，理化所依托在空間制冷領(lǐng)域的持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步優(yōu)化制冷機(jī)，降低制冷機(jī)的體積和最低工作溫度（圖1）。同時(shí)，上海微系統(tǒng)所利用三明治結(jié)構(gòu)超導(dǎo)納米線實(shí)現(xiàn)SNSPD 98%的效率紀(jì)錄【Optics Express 28: 36884 (2020)】。雙方在此基礎(chǔ)上再次合作，實(shí)現(xiàn)了最大探測(cè)效率93%的可空間應(yīng)用的超導(dǎo)單光子探測(cè)系統(tǒng)（圖2），刷新了我國(guó)保持了兩年多的系統(tǒng)探測(cè)效率紀(jì)錄。該成果對(duì)于SNSPD的空間應(yīng)用具有廣泛而深遠(yuǎn)的意義。 KL5rF,DME  
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