近日，中国科学院上海微系统与信息时期参谋所参谋员孔令东-尤立星团队，建议基于微波时域编码的组合时期逻辑架构，并打造出一种超导纳米线双光子空间符悉数数器。
他们通过交融微波传输线蔓延特色和联想数学组合优化计谋，开采了动态计合算法，构建了大规模空间态双光子位置编解码的表面决策，克服了传统蔓延线上单光子-双光子事件的信号混叠效应。
通过此，他们完满了三大改革甩掉：
泉源，他们协同超导非均衡电热反馈进程和阻抗匹配电路联想，将单个单位反映的光子数信息映射至脉冲幅度，其中双光子分辨保真度达 95%。
其次，他们仅用两个读出端口，完满了 16 通谈原型系统的 152 种全事件类别领悟：16 种 C(16,1) 单光子事件+120 种 C(16,2) 双光子在不同单位的事件+16 种 C(16,1) 双光子在换取单位的事件，读出保真度达 98%。
再次，他们完满了增强的可膨大性，不错通过顺利串联探伤器和蔓延线栽植空间规模，而且具有双光子自安妥特色，无需外接安妥处理电路。
当今，他们正在奋力栽植光子数和完善器件效用，异日主要不错应用于量子信息规模，举例在玻色采样中，多光子符悉数数用于考据量子上风，通过空间风景干与完成复杂联想任务。
在高维量子编码中，不错愚弄光子的空间风景进行高维信息编码，安妥探伤器完满多通谈同步考据，显耀栽植通讯容量和抗过问才气。
在量子纠错与逻辑门操作中，不错通过空间安妥检测光子簇态中的造作，提拔完满容错量子联想。
多光子纠缠和干与看成量子光学参谋的中枢妙技，是揭示量子力学基本章程中非经典舒坦的重要。
面前时期已能通过激光束聚焦非线性光学晶体富厚制备纠缠光子对，衔尾精密单光子主宰和探伤时期，该体系不仅为量子力学基础考据提供了本质平台，更驱动着量子联想、量子通讯和量子成像等颠覆性信息时期的改革发展。
这些突破性推崇一样收货于多通谈多光子安妥测量时期的发展，以完满空间相关特色表征和高维量子纠缠分析。
超导纳米线单光子探伤器（SNSPD，Superconducting Nanowire Single-Photon Detector）具有以下迥殊性能想法：98% 大于效用、GHz 级反映速率、ps 量级时期抖动、暗计数率小于 1Hz。因此，其已成为光量子信息规模的重要使能时期。
然则，研制基于 SNSPD 的多光子空间符悉数数器面对两大挑战：
（1）SNSPD 看成典型“开关型”探伤器，其光子引导的热门电阻经验雪崩式极点非线性放大进程，导致输出信号呈现二值化特征，是以固有的光子数分辨才气缺失；
（2）跟着量子光学系统向更高联想复杂度演进，光子泄露规模膨大、纠缠维度栽植，对光子数分辨探伤器的数目需求呈几何级增长；这在面前的分立式探伤器架构下给低温负载和读出电子学带来了严峻挑战。
孔令东透露我方在读博士的时候，就通晓到超导蔓延线只可分辨一个光子，这是它的一大不及，然则一直莫得决策不错惩办。
传统的双端读出的超导蔓延线时期只可分辨单个光子的位置。因为探伤单位之间默许用换取长度的蔓延线进行有计划，蔓延时期具有对称性，会把双光子的位置（i 和j）误判为位于两个光子中间点的伪单光子位置 (i+j)/2。
假如有四个探伤器位于位置 1、2、3、4，它们之间通过三段换取长度的蔓延线有计划起来。举例两个光子落在位置 1 和位置 3，所读取的两头脉冲的时期差，和一个光子落在位置 2 是换取的。
读博时期，他的同学在这方面作念过一些责任，借此判断出一丝双光子与单光子事件的不同，举例光子落在位置 1 和 2，那时期差（等效于一个光子落在 1.5 位置）和其他通盘事件皆不同，因此不错被分歧开。
然则，淌若两个光子落在 1 和 3，这与一个光子落在 2 换取；淌若两个光子落在 1 和 4，则和两个光子落在 2 和 3 换取。是以总体而言是不完备的，大部分不同的事件皆无法分辨。
这个问题隐朦胧约一直在孔令东脑海里萦绕。一初始，他遴荐指数级膨大序列，然则显著跟着探伤数目的加多，迪士尼彩乐园登不了蔓延线的总长度也呈现指数级加多，这不利于器件膨大性。其后，其从联想机科学的贪默算法受到启发，联想了动态计合算法，降生了器件中最终使用的延时序列。
再其后，他在本质中发现该双光子探伤还存在一个时弊：尽管拓扑优化了时期序列，然则通过双端口的延时差只可分辨单光子事件和双光子在不同单位的事件。
淌若两个光子落在吞并个单位，则延时差和一个光子落在该单位一模一样。受到我方和其他团队之前责任的启发：两个光子比一个光子落在吞并个单位所产生的热门电阻大。
于是，他通过细致无比地调控纳米线的横截面和读出电路的阻抗匹配，把热门电阻的大小映射到反映脉冲幅值上，使得单个像素不同光子数的反映脉冲幅度呈现彰着的相反。就这么，时弊被成立了。
在团队工程师的匡助下，通过不停迭代优化纳米线的制备工艺，终于将 16 单位的器件制备出来。收货于本质室完善的器件测量平台，告成地测到了通盘单光子和双光子事件，并与入射光统计甩掉完好匹配。
另据悉，惩办双光子安妥探伤艰苦的中枢突破，源自活命中一件小事的启发。某日朝晨，孔令东尝试将一根牙签掰成等长的两段，但他发现松驰一掰，两头牙签的长度并不换取。
孔令东再把这两根牙签复原成原样，很显著撅断点不在牙签的中点。盯着这根牙签，他霎时灵光一现：淌若把三个探伤器分别置于牙签的端点和撅断点，那样当端点两个探伤器探伤到光子时，测量的时期差等效于牙签中点处编造探伤器探伤到光子。然则，这个位置和撅断点的位置并不重合，那样不就能分歧开两个端点的双光子事件和撅断点的单光子事件。
这让其通晓到这也许是双光子探伤的突破点，然则怎样联想器件结构也曾莫得具体想路。
其后晚上洗浴时间，这个舒坦又霎时蹦到孔令东的脑海中，他一下子通晓到，双光子探伤的中枢突破点在于突破反映脉冲蔓延时期的对称性，也即是说，探伤器之间的蔓延线序列不成按照默许的均匀长度，而是要改成不同的长度。
飞速洗完澡后，孔令东立即坐到办公桌前，在草稿本上画出透露图，联想有计划 4 个探伤器之间的三段时期序列：1、2、4。再联想通盘的 4 个单光子的蔓延时期差和 6 个双光子的蔓延时期差，真实皆不换取。
于是他折服，不错联想一个时期序列来有计划通盘的探伤器，使得通盘单光子和双光子事件的时期差均不换取。“这即是该项责任领先的降生，亦然最谨记的场地……”其透露。
日前，相关论文以《一种具有组合时期逻辑和幅度复用的超导纳米线双光子符悉数数器》（A superconducting nanowire two-photon coincidence counter with combinatorial time logic and amplitude multiplexing）为题发表在Nature Photonics[1]，孔令东是第一作家兼共同通讯作家，尤立星担任共同通讯作家。
近期，“人民网”领导留言板的一则提问，将两家建设已久的医院重新拉回到公众视野，分别是南方医大福清医院和福州海西口腔医院。
面前的参谋恶果还局限于分辨两个光子的位置。在该面目的参谋进程中，他们还降生了新的想路，当今正在参谋不错同期分辨卓著 16 个光子数和空间态的高效用单片集成符悉数数器，将在不久地将来完满突破。他们将从三个方面伊始：
（1）数学优化艰苦：泉源针对纠缠光子对测量的基础需求，进一步优化双光子探伤器结构。双光子探伤器需要很长的延时序列，不利于可膨大制备，这背后触及 NP-hard 类组合优化问题；他们正在构建更智能的算法尝试找到最优解。
（2）物理反映模子：多光子协同作用导致反映波形特征化，但阑珊表面模子和阔别关节；他们正在尝试衔尾超导纳米线的物理特色和东谈主工智能想路，联想物理信息交融的深度学习姿色，匡助发掘波形特征；最终联想新式结构的器件，不错顺利同步读出通盘单位反映的信号。
（3）器件参数互斥：超长且荒芜的纳米线结构导致量子效用、光摄取率、微波串扰相互拘谨；他们将联想新式的异构集成器件，来完满这些参数的解耦或调处优化，并尝试将探伤效用栽植至 90% 以上。
参考贵寓：
1.Kong, LD., Zhang, TZ., Liu, XY. et al. A superconducting nanowire two-photon coincidence counter with combinatorial time logic and amplitude multiplexing.Nat. Photon.19, 407–414 (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01613-w
排版：何晨龙、刘雅坤