他們的第一個解決方案很簡單，即在探測器周圍設(shè)置屏蔽層，阻擋高能粒子。這是一種微妙的平衡做法，因為屏蔽層很重，因此進(jìn)入軌道的成本很高。屏蔽層和高能粒子之間的相互作用還可能產(chǎn)生次級粒子陣雨，使暗度計數(shù)變得更糟。

彭承志和其同事最終決定安裝一個雙層的屏蔽層。外層是12毫米的鋁片，內(nèi)層是4毫米的密度更大、重量更重的鉭片。由此產(chǎn)生的屏蔽將輻射劑量降低了2.5倍。

該屏蔽層還可以用作絕熱體，將雪崩光二極管的溫度控制在-50°C，通過降低器件本體溫度，能抑制太空高能粒子轟擊產(chǎn)生的缺陷的噪聲表達(dá)。

圖| 星載低噪聲Si-APD單光子探測器的保護(hù)與安裝

最后，該團(tuán)隊使用了被動淬火電路，結(jié)合高壓偏置調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)等，可以靈活地找到最優(yōu)信噪比的工作點。

所有這些方法的效果都很顯著。對于無保護(hù)的單光子探測器，預(yù)期的暗計數(shù)速率超過每秒200個計數(shù)，并會每天不斷積累，從而淹沒真正要測量的暗計數(shù)。

但是，改進(jìn)后的探測器的暗計數(shù)率僅為每秒0.54個計數(shù)，使得積累的增量降低了兩個數(shù)量級。

圖| 單光子探測器（SCD）示意圖，其中ADC為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，DAC為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，COMP為比較器，DDF為D觸發(fā)器，PWM為脈沖寬度調(diào)制器，TEC為半導(dǎo)體制冷器，HV表示高電壓。ADC、DAC和PWM都連接到現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）

2016年，彭承志和其同事在中國“墨子號”衛(wèi)星上發(fā)射了探測器，這是一種量子技術(shù)演示，取得了一系列令人印象深刻的突破。例如，探測器是2017年將量子態(tài)的信息從地球傳送到衛(wèi)星的關(guān)鍵組件。衛(wèi)星還啟用了各大洲之間的第一個量子加密視頻通話。

這些實驗為新一代天基量子通信奠定了基礎(chǔ)?！拔覀兊膯喂庾犹綔y器為深空光通信中的空間研究和應(yīng)用、單光子激光測距以及空間物理學(xué)的基本原理測試創(chuàng)造了新的機(jī)會。”彭承志和其同事說。

同時，其他國家的量子物理學(xué)界對此都羨慕不已，中國在天基量子通信領(lǐng)域擁有明顯的領(lǐng)先地位。

歐洲正在研究一種稱為“安全和加密任務(wù)”（SAGA）的軌道量子技術(shù)演示器。這是在整個非洲大陸建立量子通信網(wǎng)絡(luò)的宏大計劃的一部分。但是，尚未公布啟動日期。

相比之下，美國的計劃卻停滯了。2012年，軍事技術(shù)研究機(jī)構(gòu)DARPA啟動了一個名為Quiness的項目，以測試太空中的量子通信技術(shù)。但是該項目以及整個領(lǐng)域嚴(yán)重缺乏資金。