量子时代的光子难题

在量子通信和量子计算的赛道上，光子是传递信息的“超级快递员”。但要让这些“快递员”高效工作，科学家们面临两大挑战：如何精准捕捉单个光子，以及如何屏蔽干扰信号的强泵浦光。传统方案依赖笨重的外部滤光设备，就像给精密的光子电路“外挂行李箱”，不仅增加损耗，还限制了系统的集成度。

中国团队交出完美答卷！

近日，中科院上海微系统所李浩、尤立星团队在《Photonics Research》发表重磅成果（论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.550313）！他们成功在单芯片上集成了两大核心部件——
✅ 超导纳米线单光子探测器（SNSPD）：光子界的“超高敏雷达”，效率达20.1%，暗计数低至100 Hz！
✅ 泵浦抑制滤波器（PRF）：56 dB超强“光子安检门”，将干扰光过滤得干干净净！

这项“二合一”设计，首次让量子纠缠接收芯片摆脱外部滤光依赖，为大规模量子网络铺平道路！

技术亮点：当布拉格光栅遇见超导纳米线

“叠叠乐”滤光黑科技：7级硅布拉格光栅级联，像七层筛网层层拦截泵浦光，最终实现56 dB抑制比（相当于将干扰光削弱到十亿分之一！）。

芯片上的“光子捕手”：U型超导纳米线紧贴光波导，通过倏逝场高效捕获光子，即便在-271°C的极低温下也能稳定工作！

纠缠验证一锤定音：利用光纤解复用器和非平衡干涉仪，团队测得能量-时间纠缠光子对的可见度超92%，直接“盖章”量子纠缠有效性！

科学意义

传统量子系统像“乐高积木”，组件分散且臃肿。此次提出的全被动集成方案，如同将乐高升级为“纳米级集成电路”——
✨ 更紧凑：无需外部滤光，芯片面积大幅缩小；
✨ 更高效：光纤耦合损耗降低，系统稳定性提升；
✨ 更灵活：未来可定制不同波长滤波器，适配多元量子网络需求！

图2 芯片结构示意与电子显微镜图。

图3 片上泵浦滤波器与SNSPD性能表征结果。

未来展望：量子互联网的“中国芯”

面向未来，可以将光源、滤波器和探测器全部集成在单一芯片上，打造“即插即用”的量子模块，并从实验室走向产业应用。

图4 Franson双光子干涉实验结果。