在光纖通信1550納米工作波長(zhǎng)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所Marsili等人采用極低溫超導(dǎo)材料WSi制備的SNSPD，實(shí)現(xiàn)了最高探測(cè)效率達(dá)93%。然而，WSi-SNSPD通常工作在1K以下工作溫度，必須采用昂貴復(fù)雜的深低溫制冷機(jī)（比如稀釋制冷機(jī)等），這極大限制了這類(lèi)高性能單光子探測(cè)器的應(yīng)用。

 

國(guó)內(nèi)外眾多研究人員在努力采用更高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的NbN材料研制SNSPD，以期在2K以上工作溫度實(shí)現(xiàn)高探測(cè)效率，采用小型化用戶(hù)友好的閉合循環(huán)制冷機(jī)就可以工作，從而大大降低使用成本。經(jīng)過(guò)10多年的努力，NbN-SNSPD探測(cè)效率最高只達(dá)到80%左右，和WSi-SNSPD探測(cè)效率有明顯差距。要想達(dá)到90%以上的探測(cè)效率，需要同時(shí)對(duì)多個(gè)不同的參數(shù)，如光耦合效率、光吸收效率、本征探測(cè)效率等進(jìn)行優(yōu)化，到目前為止尚未有成功報(bào)道。

 

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（中科院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心）研究員尤立星團(tuán)隊(duì)開(kāi)展超導(dǎo)單光子探測(cè)研究近10年，在探測(cè)器研制和應(yīng)用方面取得了多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先成果，受到了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)合作，曾多次創(chuàng)造量子信息領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)的世界紀(jì)錄，并保持了目前光纖量子通信404公里世界紀(jì)錄。

 

該團(tuán)隊(duì)的最新成果揭示，基于小型閉合循環(huán)制冷機(jī)，2.1K工作溫度下，NbN-SNSPD系統(tǒng)探測(cè)效率（1550 nm工作波長(zhǎng)）可以超過(guò)90%。隨著溫度降低到1.8K，探測(cè)效率可以進(jìn)一步提升到92%。SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 2017年第12期以封面文章形式報(bào)道了這一發(fā)現(xiàn)。日本情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)SNSPD研究著名學(xué)者Shigehito Miki在雜志同期以Quest towards ultimate performance in superconducting nanowire single photon detectors為題進(jìn)行了評(píng)述。論文第一作者為助理研究員張偉君，通信作者為尤立星。

 

論文發(fā)表后受到了廣泛關(guān)注，眾多國(guó)外科技媒體報(bào)道或轉(zhuǎn)載該成果。本文工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高性能單光子探測(cè)技術(shù)”、中科院B類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“超導(dǎo)電子器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究”、國(guó)家自然科學(xué)基金以及上海市科委等的資助。