科技日報訊 （記者陳曦 通訊員尹偉）記者4月7日從天津大學獲悉，該校精密儀器與光電子工程學院教授胡小龍課題組成功研製了一種具有分形結構的超導納米線單光子探測器（以下簡稱“分形SNSPD”）。這一成果能為光量子計算、量子金鑰分發、遠距離空間光通信、光學成像等領域提供性能優異的單光子探測器。相關論文發表於國際期刊《IEEE量子電子學精選專題期刊》。

Menurut laporan, detektor foton tunggal adalah fotodetektor dengan sensitivitas tertinggi, yang memainkan peran penting dalam menangkap dan merekam sinyal optik, dan merupakan perangkat inti yang sangat diperlukan untuk mempromosikan pengembangan deteksi sensitivitas tinggi, pencitraan cahaya rendah, dan teknologi pemrosesan informasi kuantum optik. Namun, detektor foton tunggal konvensional memiliki keterbatasan, baik oleh rentang spektral deteksi, kecepatan respons, rasio sinyal-ke-noise, atau oleh keadaan polarisasi foton (arah polarisasi cahaya). Terinspirasi oleh geometri fraktal alam, tim peneliti merancang struktur kawat nano fraktal baru yang membuka jalur baru untuk deteksi foton tunggal efisiensi tinggi yang independen polarisasi.

Struktur fraktal umumnya ditemukan di alam, seperti cabang pohon, kepingan salju, daun pakis, dll. Struktur kawat nano fraktal kompleks dan tepat. Geometri ini memberi detektor foton tunggal kemampuan untuk mendeteksi foton insiden dalam keadaan polarisasi sewenang-wenang dengan efisiensi tinggi, dan juga menempatkan tuntutan tinggi pada proses mikrofabrikasi komponen dan chip. Agar modul mencapai struktur dan fungsi yang dirancang, lebar kawat nano harus dikontrol pada 2500 nanometer, yaitu 0/0 dari diameter rambut manusia, dan kawat nano yang diproses harus memiliki tepi yang halus dan tidak ada cacat.

Setelah bertahun-tahun R&D dan iterasi proses, tim peneliti telah mengembangkan proses pemrosesan mikro-nano yang stabil untuk perangkat dan chip menggunakan teknologi nanofabrikasi canggih. Untuk skenario aplikasi yang berbeda, tim telah mengembangkan perangkat, chip, modul, dan sistem SNSPD fraktal dengan kinerja luar biasa di beberapa pita kerja.

Prospek aplikasi SNSPD fraktal sangat luas. Detektor foton tunggal sangat penting untuk sistem komputasi kuantum optik untuk menangkap informasi kuantum secara efisien. Tim peneliti telah bekerja sama dengan banyak lembaga domestik untuk menerapkan SNSPD fraktal pada optik kuantum eksperimental dan karakterisasi nanolaser. Selain itu, di bidang komunikasi optik, SNSPD fraktal diharapkan dapat secara signifikan meningkatkan kecepatan transmisi informasi yang dibawa oleh foton, mengurangi kehilangan sinyal, dan memberikan dukungan yang kuat untuk komunikasi optik ruang jarak ultra-jarak jauh. Detektor juga akan memainkan peran penting di bidang pencitraan optik, terutama dalam diagnosis medis, memberikan resolusi yang lebih tinggi dan hasil pencitraan yang lebih jelas untuk diagnosis dini dan perawatan yang tepat.

Hu Xiaolong mengatakan bahwa SNSPD fraktal tidak hanya secara signifikan meningkatkan kinerja detektor foton tunggal, tetapi juga merupakan hasil dari integrasi silang perangkat optoelektronik mikro-nano dan geometri fraktal, dan merupakan praktik inovatif penelitian dan pengembangan independen dari ide orisinal hingga perangkat dan sistem praktis. Pada langkah selanjutnya, tim berencana untuk mempromosikan industrialisasi SNSPD fraktal untuk mempromosikan pengembangan bidang dan industri terkait.