近日，中国科学院上海技术物理钻研所刘少帅副钻研员团队和4688美高梅量子科技(上海)有限公司吕超林博士团队在 《红表》上颁发了题为“SNSPD用低温造冷技术发展示状和趋向”的综述文章，介绍了SNSPD的探测道理、主题肠能指标和主流资料系统，明确了其造冷需要的物理本原与技术要求。而后，依照“利用场景演进”逻辑梳理了从地面推广到空间部署，再到支持高机能SNSPD的1 K及以下温区造冷技术的发展与突破。最后针对量子技术集成化、规；枰，瞻望幼尺寸集成造冷机与多通路造冷系统的未来方向，为SNSPD造冷技术的选型优化与研发创新提供参考。

钻研布景与思路

2001年，Gol′tsman G N等人利用NbN纳米线初次实现SNSPD研造。凭借怪异的物理探测机造与优异的综合机能，SNSPD迅速成为量子信息领域的主题感知器件。与传统的单光子雪崩二极管(SPAD)相比，通例SNSPD在1550 nm红表通讯波段展示出显著机能优势：系统探测效能(SDE)可达90%以上，对应的暗计数率(DCR)通常低于100 Hz，功夫抖动(TJ)约为50 ps，且无后脉冲效应。这些个性使其成为量子密钥分发(QKD)、量子推算、深空激光通讯、生物幽微荧光探测、单光子激光雷达与成像等前沿领域的优选探测器件。随着有关领域的高速发展，行业对SNSPD的主题肠能与综相宜配性提出了更高要求。

作为典型的低温超导器件，SNSPD的高效不变工作高度依赖极低温环境。配套低温造冷系统的温区覆盖、温度不变性、体积功耗等机能，直接决定SNSPD的探测指标与工作靠得住性，更是造约其从尝试室基础钻研迈向规；⒐こ袒玫闹魈馄烤。当前，国内表钻研大多聚焦于SNSPD器件自身的资料改性、结构设计和机能优化，而针对其配套低温造冷技术的全场景、全温区系统性梳理与对比分析仍较为匮乏；诖，本文萦绕SNSPD的低温造冷需要与技术要求，系统梳理SNSPD专用低温造冷技术的发展脉络，分类论述分歧温区、分歧利用场景下造冷规划的工作道理、技术进展与曲直势，明确当前技术发展的主题瓶颈，并瞻望未来研发与利用趋向，为SNSPD造冷技术的选型优化、研发创新以及工程化落地提供参考和指引。

SNSPD造冷技术的发展脉络与分类系统

随着SNSPD从尝试室基础钻研逐步拓展至地面量子利用、空间载荷索求，并向高机能、集成化方向迭代，其配套低温造冷技术的发展同步经历了四个主题阶段。结合造冷技术的发展水平以及SNSPD的利用需要，现有低温造冷规划重要可划分为两大温区，对应分歧的资料系统与利用场景，形成了清澈的分类系统：

一是液氦温区造冷(1~4 K)，重要适配NbN、NbTiN等铌基资料系统的SNSPD。主题造冷规划蕴含液氦杜瓦、GM造冷机、GM型脉管造冷机等，宽泛利用于地面量子通讯、尝试室钻研等场景，技术成熟度高、成本相对可控。

二是亚开尔文温区造冷(幼于1 K)，重要适配WSi、MoSi等硅化物资料系统的高机能SNSPD。主题造冷规划蕴含吸附造冷(SR)、绝热去磁造冷(ADR)、稀释造冷(DR)以及复合造冷系统，可显著提升器件的探测效能、降低暗计数率，适配空间探测、精密光谱丈量等高端场景。

面向高机能SNSPD利用的亚开温区(<1 K)造冷技术

目前SNSPD的响应波长已拓展到10 μm左近，Taylor G G等人甚至将SNSPD的光谱活络度扩大至29 μm波长(见图1(b))。这一拓展为光谱学、形象监测、遥赣注生物医学、系表行星索求等中远红表探测领域提供了高效实现蹊径。此时，前述液氦温区的造冷方式已难以满足其发展需要。因而，吸附造冷、绝热去磁造冷、稀释造冷等亚开温区造冷技术，逐步成为支持SNSPD向宽响应波段拓展、高机能SNSPD研发以及多通路系统集成利用的关键低温保险。三种技术都已经形成了成熟的贸易化产品，如图1(c)所示。它们在高机能SNSPD的利用过程中阐扬着沉要作用。

图1 (a)单光子探测器技术及其已证明的波长活络度概述；(b)基于250 mK下的丈量数据，针对一系列光耦合效能，推算SNSPD在15 μm、 18 μm和29 μm波利益的噪声等效功率；(c)实现亚开温区造冷的重要贸易化产品(左：吸附造冷机； 中：绝热去磁造冷机；右：稀释造冷机)；(d)稀释造冷机贸易化产品及钻研机构机能对比；(e)绝热去磁造冷机及吸附造冷机的部门产品机能对比；(f)吸附造冷机在中远红表SNSPD的测试系统中的利用； (g)吸附造冷机用于中红表SNSPD实现激光诱导红表荧光； (h)稀释造冷机在中远红表SNSPD中的利用

总结与瞻望

本文萦绕SNSPD的低温造冷需要，系统梳理了SNSPD用低温造冷技术的发展脉络与钻研近况，明确了造冷技术的发展与SNSPD的利用需要、资料个性亲昵有关。液氦温区造冷技术(液氦杜瓦、GM造冷机、脉管造冷机等)已实现成熟化、规；，支持SNSPD从尝试室走向地面量子利用与空间索求；亚开尔文温区造冷技术(吸附造冷、绝热去磁造冷、稀释造冷等)则成为支持高机能SNSPD发展的主题，复合造冷系统进一步突破了单一造冷技术的局限，实现了低温机能与利用需要的平衡。截至目前，SNSPD的贸易扮装机量已超1000套，其工程化利用的发展也推动了低温造冷技术向幼型化、高效能、低功耗、高集成化方向迭代。

只管SNSPD用低温造冷技术已获得显著进展，但结合工程化利用与高机能需要，仍存在四大主题瓶颈：一是空间利用造冷系统的SWaP个性仍需优化，轻量化、长命命与高靠得住性的平衡难度较大；二是亚开尔文温区造冷系统的造冷功率较低，难以适配多通路集成SNSPD的需要，且成本高昂；三是造冷系统与SNSPD的集成度不高，热桥设计不合理，导致造冷效能降落、噪声滋扰增长；四是无液氦造冷技术的低温机能仍需突破，部门高机能场景还依赖液氦杜瓦或稀释造冷机，运维成本较高。

结合SNSPD的机能升级与利用场景拓展需要，未来SNSPD用低温造冷技术将沿着“机能提升、成本降落、场景拓展、集成化升级”的主线稳步演进，沉点研发方向蕴含：

(1)空间用轻量化、长命命造冷技术。优化斯特林型脉管造冷机、JT复合造冷系统的结构设计，选取新型绝热资料与工质，进一步降低设备沉量和功耗，提升空间环境适应性与寿命，满足SNSPD空间载荷的利用需要。

(2)亚开尔文温区高功率造冷技术。突破吸附造冷和绝热去磁造冷的功率瓶颈，优化复合造冷系统的热治理设计，提升亚开尔文温区造冷功率，适配多通路集成SNSPD的需要，同时降低系统成本。

(3)造冷系统与SNSPD的高度集成技术。优化热桥设计，削减热泄漏，降低造冷系统的振动和电磁噪声，实现造冷系统与SNSPD的一体化集成，提升系统整体机能和不变性。

(4)无液氦极端低温造冷技术。沉点研发无液氦亚开尔文温区造冷机，突破幼型化、低功耗技术瓶颈，代替液氦杜瓦与稀释造冷机，降低运维成本，推动高机能SNSPD的规；。

(5)国内技术自主化突破。聚焦我国在SNSPD造冷技术领域的短板，加强科研机构与企业的协同研发，突破主题部件(如压缩机、脉管、节流阀)的自主化出产，提升我国在该领域的技术竞争力。

论文信息

魏子奇, 吕超林, 陈志超, 等. SNSPD用低温造冷技术发展示状和趋向 [J]. 红表, 2026, 47(2): 77-92.

Ziqi Wei, Chaolin Lyu, Zhichao Chen, et al. Current Status and Development Trends of Cryogenic Cooling Technologies for SNSPD [J]. Infrared, 2026, 47(2): 77-92.

论文链接

https://doi.org/10.11972/j.issn.1672-8785.2026.02.006