超导单光子探测器为高速量子通信带来新突破 | 量子科话（超导光电子肛门镜怎么检查）

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1.超导体protons太空船或其应用领域

3月9日和13日，由比利时和我国分别完成的高速路物理通信丰硕成果先后新浪网刊登在《自然·正电子学》（Nature Photonics）周刊上[1][2]三项工作的共同特点是都借助了高速路的多画素超导体黑白相间正电子太空船（学界通常称其为超导体石墨protons太空船，SNSPD）。

2.超导体protons太空船的基本概念

而在在此之前的1月26日，美国喷射大力推进试验室（JPL）报导了精密高算数率的多画素新式超导体石墨protons太空船，刊登在《成像》（Optica）周刊上[3]这些重大进展表明，超导体protons太空船正在为高速路物理通信增添捷伊冲破。

3.超导体物理和光物理差别

比利时苏黎世大学Hugo Zbinden项目组与ID Quantique公司密切合作，将14根超导体石墨博戈达，逐步形成对光面约15nm的SNSPD，该太空船速度比单轮廓SNSPD算数率快了20倍借助该高速路SNSPD，项目组在10千米的缆线上同时实现了64 Mbps（bits per second，每秒钟码率）的动态物理公钥成码率。

4.超导体光电

苏黎世大学多画素SNSPD相片我国科技进步大学大连理工大学、徐飞龙等与上海微系统所尤立主星密切合作，借助8根博戈达石墨逐步形成的对光面约15nm的SNSPD，同时实现了每秒钟输出5.5万个正电子的情况下仍能保持62%的观测工作效率。

5.正电子和超导体怎样同时实现物理计算机

在此基础上，研究项目组在10千米的缆线上同时实现了115.8 Mbps的动态物理公钥成码率近期的试验重大进展相比在此之前欧美国家报导的等同距下最高动态成码率（10 Mbps）有了大幅提升，对未来物理通信的品牌化实际应用领域具备关键意义。

6.超导体物理电子元件

物理通信的距和速度长期受到protons太空船操控性的管制SNSPD具备高观测工作效率、低暗算数、低时间变形和高速路等缺点，已经在物理通信试验中缔造了数项操控性历史纪录然而，物理通信的发展也对SNSPD的操控性逐渐提出了更高的要求，更高的正电子反应速度就是关键的需求之一。

7.超导体protons全球定位系统

SNSPD的工作机理是protons触发的超导体石墨的超导体态到有阻态的相变，其理论速度极限由热弛豫时间决定，最高可以达到数十GHz，但是其石墨结构决定了SNSPD具备较大的动态电感因此，现实应用领域中SNSPD速度一般由其动态电感决定，典型SNSPD正电子反应速度在10 Mcps（counts per second，每秒钟算数率）左右。

8.protons太空船观测工作效率

随着SNSPD对光面的增大，电子元件的速度也会越来越慢，为了解决速度的问题，最常见的做法就是构造多画素阵列结构，在相同对光面积内，用多根石墨代替单根石墨，从而使得SNSPD的电感大幅减小，理论速度提升最高可达N2倍（N为石墨根数）。

9.protons观测系统

借助阵列结构提升电子元件速度早有先例，最具代表性的丰硕成果是2013年美国NASA将阵列SNSPD电子元件作为LLCD计划的深空激光通信地面接收终端太空船，同时实现了绕月卫星到地面速度超过600 Mbps的直接激光通信[4]。

10.超导体物理计算机新浪网

对于面向物理通信使用的小对光面高速路电子元件，最有效的方式是博戈达型的石墨结构该结构的典型特点是，无论入射光场呈现何种统计分布，都尽可能的保证每根石墨接收到的正电子数基本一致，从而确保高速路率的同时实现2019年，上海微系统所报导了16画素最高速路度达到1.5 Gcps的SNSPD[5]，缔造了当时SNSPD最高速路度的记录。

同时，上海微系统所在SNSPD观测工作效率方面也保持着98%的世界最高水平该SNSPD根据应用领域需要，通过进一步增加线的数量，其速度还可以进一步提升；同时通过超导体材料优化和物性调控，也可以降低电子元件的动态电感，从而同时实现速度的进一步提升。

2023年，美国喷射大力推进试验室报导了硅芯片上32根氮化铌超导体石墨太空船，可同时实现精密的高算数率，最高速路度达到5.3 Gcps

上海微系统所研发的8画素博戈达SNSPD SEM相片SNSPD的各项操控性指标都还有一定的提升空间，关键的怎样和应用领域结合起来，发展满足应用领域需求的高操控性SNSPD未来，高操控性SNSPD还会给物理通信的持续发展源源不断的提供动力支持。

相关论文：[1]https://www.nature.com/articles/s41566-023-01168-2[2]https://www.nature.com/articles/s41566-023-01166-4

[3]https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-10-2-183&id=525546[4]D. V. Murphy, et al (2014). LLCD operations using the Lunar Lasercom Ground Terminal. Proc. SPIE 8971, Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation XXVI

[5]W. Zhang et al IEEE Transactions on Applied Superconductivity 29(5): 2200204. (2019)本文2023年3月25日刊登于微信公众号物理科话（超导体protons太空船为高速路物理通信增添新冲破），风云之声获授权转载。

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