据中国激光杂志社网，于2025年02月25日报道，无人机搭载高效超导纳米线单光子探测系统，效率＞90%！。 

研究背景

超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是基于光致纳米线超导态-正常态转变的新型光量子探测器，其具有系统探测效率高（~ 99% @ λ = 1550nm）、暗计数率低（< 1 Hz）、时间抖动小（< 10 ps）、速度快（最高计数率 > 1 GHz）、宽谱单光子响应（截止波长近30μm）等突出的技术优势，目前已被广泛用于光量子通讯、光量子计算与信息处理以及单光子激光雷达等多个领域，并取得了一系列里程碑式的成果。然而由于传统SNSPD的工作温度较低，常规SNSPD系统的体积、质量以及功耗（SWaP）已成为限制SNSPD进一步应用的关键，尤其是在深空高效光通讯以及复杂地形地貌感知等应用上对移动式高效单光子系统提出了尤为迫切的需求。

近年来，基于小型商用无人机平台的各类仪器设备显示出了无与伦比的灵活性和可操作性，因此，构建基于商用无人机平台的高效超导单光子探测系统将显著地推动一系列量子信息技术的创新应用。然而，常规SNSPD的单光子响应性能与工作温度密切相关，随着工作温度的升高，SNSPD的临界电流显著降低，非平衡准粒子数目剧增，导致系统探测效率大幅衰减、暗计数率大幅增高。此外，如何在移动平台上构建SNSPD所必须的低温平台以及光电耦合装置仍面临着挑战。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究人员研制了一种基于无人机平台的高效移动式超导纳米线单光子探测系统，实现了高探测效率和稳定性。这项工作以“Drone-based superconducting nanowire single-photon detection system with a detection efficiency of more than 90%”为题发表在Advanced Photonics Nexus 2025年第2期上。

研究内容

为了研制具有更高工作温度的高效率SNSPD器件，研究人员首先通过氮化钛铌（NbTiN）超导薄膜材料无序度调控方法，在不大幅牺牲纳米线超导电性的前提下提升纳米线的灵敏度，实现了4.2K工作温度下内量子效率达到近100%的NbTiN-SNSPD；进一步通过光学高反射率衬底设计以及光纤耦合封装，成功实现了液氦温区系统探测效率达到91.8%的SNSPD器件。

在此基础上，研究人员设计并定制了满足无人机平台安装所需的微型液氦杜瓦系统，通过先进的热效管理仿真与设计，将液氦杜瓦系统的总质量降低至12公斤以内，并可保障SNSPD持续高效工作3小时以上。

最后，为了保障SNSPD的稳定工作与数据存储，研究人员设计并制作了由锂离子电池供电的集偏置电路、读出电路、以及数据存储一体的电学平台，它的总质量在1公斤以内。平台的电学供给来自于两块NCR18650A锂离子电池，在满电状态下，该电学平台可稳定支持SNSPD系统高效工作30小时以上。

在移动式高效率SNSPD系统搭建的基础上，研究人员利用商用小型农用无人机（大疆T40 平台）构建了基于无人机平台的高效超导纳米线单光子探测系统，测试了SNSPD器件分别在实验室内、地面以及空中的单光子响应性能，系统的光响应性能均保持一致。此外，还比较了整机系统在飞行过程中与悬停状态下的光响应性能，系统的光响应性能均未出现任何变化，呈现出了良好的稳定性与可靠性。

总结与展望

研制移动式超导单光子探测系统和构建基于无人机平台的高效超导纳米线单光子探测系统，将成为推动SNSPD进一步应用的关键。未来，基于无人机平台的高效超导纳米线单光子探测系统将在空间尺度量子通讯、遥感测距和复杂地形地貌感知等领域扮演重要角色，进一步推动量子科学与技术的发展。