量子信息领域：单光子探测器 SPAD vs. SNSPD

目前，两种单光子探测器技术正竞相成为量子信息领域的行业标准：一类是半导体探测器，例如单光子雪崩二极管，即SPAD；另一类是超导探测器，例如超导纳米线单光子探测器，即SNSPD。衡量单光子探测器性能的两个最重要指标是探测效率和暗计数率。总体而言，SNSPD在这两项指标上表现更优：大多数商用SNSPD产品的探测效率超过90%，暗计数率低于1Hz；相比之下，SPAD的效率通常仅为10%–30%，暗计数率往往超过100Hz。SNSPD的一个不足之处在于，其必须始终保持在极低温度下工作。这通常需要体积庞大、价格昂贵且能耗极高的制冷器。不过，SNSPD极低的噪声水平很大程度上归功于其极低的工作温度，而长期支持超导探测器的厂商也坚信这一点至关重要。与此同时，得益于半导体材料的创新及近年来性能的持续提升，SPAD具备实现室温量子技术的潜力。虽然低温可以减小SPAD的暗计数率，但这并非其正常工作的必要条件。由英国创新署资助的MARCONI项目正同时开发SPAD和SNSPD解决方案，旨在构建一个可扩展的全国性量子密钥分发（QKD）网络，以保障信息安全。其中，SPAD方案将作为一种成本较低的探测器用于短距离QKD，而SNSPD则在长距离通信中表现更佳。至于SPAD和SNSPD在量子通信网络的长期建设中究竟是真正形成互补，还是仅仅代表了厂商的一种“押注对冲”策略，仍有待观察。