日前，中國科大學理化技術研究所梁驚濤團隊與中科院北京微系統與信息技術研究所尤立星團隊合作，在面向空間應用的超導單光子偵測器（SNSPD）技術領域取得進展，實現了通訊波段最大偵測效率93%的新紀錄，為我國舉辦基于超導單光子偵測器的深空通訊、空間量子信息等應用奠定了基礎。5月20日（上海時間），相關研究成果以《系統偵測效率達到93%的基于可空間應用制熱機的超導單光子偵測器（-withaof93%ina2.4Kspace-）》為題，以快報（）方式，在線發表在and上。
超導納火鍋單光子偵測器（SNSPD：-）作為高性能的單光子偵測器，廣泛地應用于量子信息、激光雷達、深空通訊等領域，促進了相關領域的科技進步。迄今為止，所有的SNSPD均只在地面實現應用驗證。倘若能在空間應用中采用SNSPD，有望促進空間光學天文觀測、深空光通訊、空間量子信息等技術的跨越式發展。而阻礙SNSPD空間應用的主要誘因是制熱技術。SNSPD一般須要在液氦（4.2K）以下溫區工作，典型的解決方案是采用商用的G-M二級閉合循環制熱機。但是，這類制熱機采用油潤滑壓縮機宇宙 量子通訊，冷頭有運動部件，且深受容積、重量幀率阻礙，未能實現空間應用。
瞄準空間應用對高性能單光子偵測技術的急切需求，科研人員發展面向空間應用的大型液氦溫區制熱機技術，并期望將其和高性能SNSPD結合以實現可空間應用的高性能SNSPD系統。2017年1月，法國國家標準與技術研究院（NIST）首次報導基于五級脈管加JT節流技術的大型制熱機，其JT的壓縮機仍未成功研發【IEEEon27:(2017)】。2017年9月，法國圖盧茲學院報導了可空間應用的基于斯特林+JT節流技術的大型制熱機，最低氣溫只能達到4.2K。借助該制熱機實現了SNSPD系統，但性能有限（波長/暗計數KHz/偵測效率僅20%），與半導體偵測器性能相當【and30:(2017)】。理化所梁驚濤團隊和北京微系統所尤立星團隊合作舉辦面向空間應用的SNSPD系統研制。理化所研制出可實現空間應用的二級脈管+JT節流技術大型制熱機，最低無負載工作氣溫可達到2.6K，微系統所研制了出高性能的SNSPD。團隊聯合攻破一系列集成技術困局后，首次實現了工作波長偵測效率超過50%的SNSPD系統【26:2965(2018)】，展示了SNSPD相對于傳統半導體單光子偵測器在空間應用中的性能優勢及潛力。
2020年，理化所依托在空間制熱領域的持續技術創新，進一步優化制熱機，增加制熱機的容積和最低工作室溫（圖1）。同時宇宙 量子通訊，北京微系統所借助披薩結構超導納拉面實現SNSPD98%的效率紀錄【28:36884(2020)】。雙方在此基礎上再度合作，實現了最大偵測效率93%的可空間應用的超導單光子偵測系統（圖2），刷新了我國保持了三年多的系統偵測效率紀錄。該成果對于SNSPD的空間應用具有廣泛而深遠的意義。
廣州微系統所博士研究生胡鵬和理化所助理研究員馬躍學為論文第一作者，北京微系統所研究員李浩、尤立星以及理化所副研究員劉彥杰為論文通信作者。研究工作獲得國家重點研制計劃、國家自然科學基金、上海市科學技術委員會、上海市啟名星項目、上海市優秀學術帶頭人計劃，以及中科院青年創新推動會等的支助。
論文鏈接
圖1.第一代（左）與第二代（右）制熱機真空腔規格對比
圖2.SNSPD系統偵測效率（藍色曲線）和暗計數（紅色曲線）隨偏置電壓變化曲線