中国科学院上海微系统所超导电子实验室尤立星、李浩、张孝富团队通过超薄超导薄膜材料优化、自主微型低温杜瓦研制，成功实现了基于商用无人机平台的高探测效率超导单光子探测系统。该研究成果于2月13日以“Drone-based superconducting nanowire single-photon detection system with a detection efficiency of more than 90%” 发布在学术期刊《Advanced Photonics Nexus》上。

超导单光子探测器（SSPD）因其高效率、低暗计数率和优异的时间分辨率，成为量子信息领域的使能技术。上海微系统所在中国科学院战略先导专项、科技部重点研发计划等项目支持下，研制的SSPD器件和系统性能均达到了国际先进水平，并实现产业化。国产SSPD系统已经在我国量子通信和光学量子计算及传感等方面得到了广泛的应用，有效避免了该领域核心探测器的“卡脖子”问题。

由于SSPD通常采用低温超导材料Nb(Ti)N等研制，其性能随着工作温度降低而逐渐提升。因此，主流的SSPD系统采用小型机械制冷机，典型工作温度在2K左右。这类SSPD系统尺寸、功耗和体积较大，主要适合于九章光量子计算原型机、光纤量子通信等地面应用。然而，机载量子信息应用需求不仅需要高的探测性能指标，还需要系统的体积、功耗和尺寸都足够小，并具备快速部署的能力，但是不需要连续长时间工作，传统基于GM制冷机的SSPD系统已无法满足机载应用需求。如果SSPD的工作温度能够提升至4.2K，结合液氦杜瓦，可以实现SSPD系统体积、尺寸和功耗的大幅减小，有望实现机载应用。

上海微系统所张孝富、马若岩等通过对NbTiN薄膜材料进行组分优化，提高薄膜均匀性和临界温度，使得SSPD在4.2K实现了近饱和的本征探测效率，并结合上海微系统所发展的成熟SSPD制备工艺技术，实现探测效率达到90%。与赋同量子合作，自行研制了小型液氦杜瓦和外围电路，并在世界上首次实现可机载SSPD系统。无人机飞行实验实测探测效率达到90%。该实验的成功为未来机载量子信息（激光雷达、 量子通信等）发展奠定了坚实基础。

SSPD器件在不同工作温度下的效率~工作电流特性曲线

无人机载的SSPD系统实测性能

中国科学院上海微系统所为该论文的第一完成单位和通讯单位，马若岩博士为该论文的第一作者，通讯作者为张孝富与尤立星研究员。该研究受到科技创新2030—“量子通信与量子计算机” 重大项目与国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1117/1.APN.4.2.026003