锚点 | 从0到99%，中国科学家怎么做到的？袁岚峰：你们的核心指标叫单光子探测效率这个指标到底是什么意思尤立星：效率是这样一个定义我们可以假设有一百个光子一个一个过来我能够探测到多少个比如我能探测到九十个那我的效率就是百分之九十我们这个领域的发展就是从刚开始可能百分之几的探测效率然后想办法 就是搞清楚为什么那些光子没有被探测到然后我们在探测器端我们怎么样来把这些问题把这个原因一个一个找到 一个一个去解决我们是从2007年开始相关的研究花了差不多十几年的时间在2017年左右我们几乎做到了百分之九十这样的效率后面我们再持续努力在光通讯的1550纳米这个波段我们现在最好的效率能做到百分之九十九这也就意味着一百个光子一个一个来了我只漏掉了一个袁岚峰：那这个算是在国际上最先进的吗尤立星：对 这是现在国际上报道的一个最好的结果袁岚峰：那其他国家的水平怎么样尤立星：我们在达到(百分之)九十九的这个测量结果之前其实一个重要的里程碑是在2020年2020年我们首次实现了百分之九十八的这样一个探测效率我们的文章发表了之后大概两三个月一个是美国的报道美国的NIST(国家标准与技术研究院)的结果然后还有一个是荷兰的团队结果是基本上同期大家都达到同样的水平差不多都是百分之九十八的这样一个效率袁岚峰：所以从2020年以来你们的进步就是从百分之九十八提升到百分之九十九尤立星：对 就是花了很多年其实只提升一个点但往往很多时候一个点也很重要袁岚峰：那当然 因为到了最后这几个(百分点)难度就是指数级的增长尤立星：对袁岚峰：那我们怎么让这个探测效率去接近百分之百呢都经过一些什么样的努力尤立星：光打到探测器上第一点 我们要保证器件的光敏面要足够大这样的话保证光能够耦合到器件的光敏面上这是第一条袁岚峰：不耦合就怎么样尤立星：不耦合 光就根本没打到器件上那就损失掉了或者光打过来 光斑这么大我的光敏面一定要比这光斑要大所以光敏面做大面临的挑战就是这一条线 面积越大线越长越长 你对这个均匀性要求就越高第二个就是 如果说我的光敏面够大光打过来了 有没有被吸收会不会穿透跑了会不会被反射掉了所以吸收这个领域里面其实做了很多事情做各种各样的光学结构能够尽量地保障光来了都能被我们超导的纳米线所吸收第三点就是光吸收之后有没有给我响应所以最终我们是希望每一个光子来了我都能看到一个电脉冲信号我们希望每一步都是理想的状态每一步都能到百分之百但这个是理想现实总有很多挑战袁岚峰：对 因为我看您的报告是说这三者之间还是互相矛盾的你可以把这个提上去然后另外一个就下降了尤立星：对 其实我们花大量的时间来解决最后一个问题就是光的响应效率当吸收跟很多参数有关其中部分的参数比如说吸收节点会跟光学薄膜的厚度会跟光学薄膜的宽度这个东西都会影响吸收的同时 因为这个材料已经非常薄了它的这些厚度跟宽度实际上对超导材料的超导性能也有影响而超导性能是直接影响所谓的本征效率或者响应效率所以这也就意味着我们的参数不能随便调你可能“按下葫芦浮起瓢”袁岚峰：对尤立星：你在调这个的时候可能把那个也影响了所以在过去差不多十年左右的时间里面我们其实就是把这个问题尽量理清楚然后我们发展一些方法就是我在搞A的时候不要影响B袁岚峰：对 我看您的报告里面提到好多奇思妙想比方说做两层薄膜是吗尤立星：对 袁岚峰：然后中间夹一个是吗尤立星：对一束光最弱能弱到什么程度？答案是一个光子。因为光是由光子组成的，如果连一个光子都没有，就没有光了。平时我们很难意识到光子的存在，因为单个光子的能量极低，一束光中往往包含万亿个光子。然而，现在的科技已经进步到了，我们确实有能力也有必要探测单个光子，达到光探测的物理极限。例如中国科学技术大学潘建伟院士团队2020年发布的“九章”光量子计算机，对“玻色子取样”问题超越最强的经典计算机，其中的核心技术之一就是大量的单光子探测器。中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长尤立星博士，就是九章单光子探测器的提供者，他们在低温电子学与超导纳米线单光子探测方面达到了国际领先。今天，我们就来访问尤立星老师。科学家对话科学家，《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话尤立星研究员，东方卫视10月15日周三22:00播出。25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站（）、app以及视频号，本片为精彩片段之一：从0到99%，中国科学家怎么做到的？#微博科普##微博公开课##微博新知##锚点##光子##单光子探测##超导#
