北京量子信息科学研究院首席科学家袁之良团队在单光子探测领域取得新进展

近日，北京量子信息科学研究院首席科学家袁之良团队（光量子通信与器件团队），在APD单光子探测领域首次采用极窄带干涉电路（Ultra-narrowband interference circuits，简称UNIC）方法，有效降低了单光子探测器的后脉冲噪声和时间抖动并实现了高计数率，研究成果以《Ultra-narrowband interference circuits enable low-noise and high-rate photon counting for InGaAs/InP avalanche photodiodes》（极窄带干涉电路实现低噪声高计数率InGaAs/InP APD单光子探测器）为题，于2023年2月16日发表于《Optics Express》。

量子院光量子通信与器件团队研发的集成极窄带干涉电路的单光子探测器模块

APD单光子探测器采用雪崩光电二极管和半导体制冷技术，与超导纳米线单光子探测器相比，具有体积和成本优势，在量子通信网络工程化中广泛应用。

在量子通信应用中，APD单光子探测器一般采用门控方式工作，读出电路需要有效抑制门控电容响应信号。传统读出电路包括自差分电路、射频低通/带通滤波电路和主动对消电路。自差分电路尺寸较大且中心频率对器件相位漂移敏感；射频低通/带通滤波电路因带宽限制会加大读出信号的时间抖动；主动对消电路需要实时调节反相信号来对消门控电容响应信号，在工程上较难实现稳定工作。为解决门控单光子探测器中的以上难点，光量子通信与器件团队创新地将无线通信中广泛使用的声表面波（SAW）技术应用到单光子探测中，通过极窄带干涉电路实现大带宽，高抑制比和低相位漂移敏感特性，有效提升了单光子探测器的性能。采用该探测器的QKD系统在信道衰减为2dB时最大成码率可达25Mb/s，与采用自差分电路探测器的QKD系统13.72Mb/s的最大成码率相比，性能大幅提升。

目前，光量子通信与器件团队正在基于此成果开发APD-M1型集成单光子探测模块，APD-M1单光子探测模块将陆续应用于我院量子通信和单光子探测相关科学研究和工程项目中，并进一步在业内进行产业化推广。

我院高级工程师范元滨和实习生施婷婷（中科院半导体所）为该成果论文共同第一作者，首席科学家袁之良为通讯作者，该论文作者还包括光量子通信与器件团队的冀伟杰工程师，周来助理研究员和中科院半导体所的姬扬教授。