单光子探测器是量子信息技术的核心器件，广泛应用于量子保密通信、量子计算、激光雷达等领域，其性能直接决定量子系统的可靠性与安全性。当前全球量子科技竞争加剧，美国将我国量子科技企业列入“实体清单”，禁运近红外单光子雪崩二极管、高性能数模芯片等关键部件，导致我国量子产业链面临 “卡脖子” 风险，全国产高性能单光子探测器研发迫在眉睫。政策层面，国家 “十四五” 规划及《产业结构调整指导目录（2024 年本）》将量子科技列为未来产业重点方向，明确支持量子核心器件国产化；产业层面，量子通信、量子测量的规模化应用，亟需自主可控的单光子探测技术支撑。科大国盾量子技术股份有限公司联合中国科学技术大学、中国电子科技集团公司第四十四研究所，计划投入 200 万元（地方配套 80 万元、企业配套 120 万元），用 3 年时间攻克关键技术，实现全国产探测器量产，保障量子产业链安全，推动我国量子科技产业自主发展。需解决的主要技术难题本项目围绕 “实现全国产高性能单光子探测器自主可控”目标，需解决三大核心技术难题：1. 高性能单光子雪崩二极管（SPAD）自主制备：优化半导体材料外延生长工艺（如 InGaAs/InP 体系），解决器件暗计数率高（需≤100Hz）、探测效率低（需≥70%@1550nm）的问题，实现近红外波段 SPAD 的国产化设计与量产；2. 高性能读出电路芯片开发：研发低噪声、高带宽数模混合信号芯片，解决 SPAD 信号放大、时序控制难题，芯片功耗≤50mW，时间分辨率≤50ps，适配国产化 SPAD 器件特性；3. 器件 -芯片一体化集成：设计高密度封装结构，解决 SPAD 与读出电路的阻抗匹配、热管理问题，实现探测器模块体积≤10cm³，工作温度范围 - 40℃~85℃，满足不同场景应用需求。期望实现的主要技术目标a. 核心器件性能指标：近红外单光子雪崩二极管（SPAD）探测效率≥70%@1550nm，暗计数率≤100Hz，击穿电压稳定性 ±0.5V；读出电路芯片时间分辨率≤50ps，功耗≤50mW，数模转换精度≥12bit；b. 探测器整体指标：探测效率≥65%@1550nm，暗计数率≤150Hz，时间分辨率≤80ps，工作温度 - 40℃~85℃，模块体积≤10cm³，连续工作稳定性≥99.5%；c. 国产化与量产指标：核心部件（SPAD、读出芯片、封装材料）国产化率 100%，形成年产 1000 台套的量产能力，产品通过量子通信系统兼容性测试；d. 成果与效益指标：申请发明专利 5-8 项，发表 SCI 论文 3-5 篇；技术落地后可替代进口产品，降低量子系统成本 30%，带动国内半导体材料、微电子芯片等上下游产业产值增长超 5000 万元；e. 时间与预算指标：3 年内完成技术研发、中试及量产线建设，总投入 200 万元，其中基础研究占比 30%、器件制备占比40%、集成验证占比30%，地方配套 80万元、企业分阶段配套120 万元。