10月9日的南京大學官網(wǎng)，在其首頁的科研動態(tài)頭條，發(fā)布了一篇題為《“南大眼”再立新功——張蠟寶、康琳、吳培亨團隊超導陣列單光子探測器取得新進展》的文章，文中稱，從中國電科十四所某試驗外場傳來消息，超導單光子激光雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了對低空大氣層中數(shù)百公里外目標的實時跟蹤探測，展現(xiàn)了超導單光子探測器的強大應用潛力。

看到這里，也許有人會提出疑問，激光雷達能實現(xiàn)對低空大氣層中數(shù)百公里外目標的實時跟蹤探測？

從原理上講，激光雷達屬于光學探測手段，在大氣層里受到影響比較嚴重，以前探測大層內(nèi)飛機的距離都比較短，這次竟然達到了數(shù)百公里，太不可思議了。

注意報道中提到的中國電科十四所，而這次的激光雷達全稱為“超導陣列單光子探測器”，說到這里，不知道大家還記不記得，2018年珠海航展上中國電科十四所曾展出過一種量子雷達，當時曾引起不小的轟動。

其實，這次的超導單光子激光雷達成功實現(xiàn)了對數(shù)百公里外移動小目標的實時跟蹤探測，就是之前中國電科十四所量子雷達技術(shù)的應用。

所謂量子雷達，是對發(fā)射雷達信號返回的信號，進行單個光子(量子化)的處理和分析，從而獲得目標信息的技術(shù)。雷達探測，最重要的就是如何準確解讀出回波中含有的目標信息，信號處理就是解讀信息的手段，手段越先進，信號解讀越準，雷達探測能力自然就會越高。通過量子雷達創(chuàng)新信號處理方式，該雷達的探測能力相比傳統(tǒng)體制雷達，有了本質(zhì)的提升。

量子雷達有兩個顯著優(yōu)點，第一是帶寬可以做到很大，對于雷達而言，帶寬越大，雷達分辨率就越高，十四所研制的量子雷達樣機，在試驗中將分辨率提高了一百倍。而帶寬大，同時也具備抗干擾能力強的優(yōu)點。

其次，量子雷達對于單光子的信號處理特點，非常利于反隱身目標，眾所周知隱身目標是通過吸收和散射折射削弱雷達回波信號來實現(xiàn)隱身的，但量子雷達的特性使得雷達對削弱的回波信號解析解讀能力大大增強，這對于隱身戰(zhàn)機目標而言是致命的威脅，意味著它的隱身手段將失去作用！

而就在今年9月份，同樣是南京大學的超導納米線單光子探測團隊，他們研制的超導納米線單光子探測器（SNSPD），其實就是前面提到的新型激光雷達，在應用方面取得新進展。值得一提的是，該核心探測器的芯片制備工藝全部在南京大學微制造與集成工藝中心完成。

注意當時的報道中配了一張圖，一看就知道這是探測隱身飛機的試驗。

另外，在此之前中國電科十四所在試驗中曾實現(xiàn)量子雷達樣機132公里的遠程探測，創(chuàng)造了這一領(lǐng)域的世界紀錄。只不過如今這一紀錄又被打破了，達到了數(shù)百公里。

能取得如此的成績，離不開南京大學科研團隊的努力。南京大學超導電子學研究所青年長江學者張蠟寶教授，博士研究課題就是超導單光子探測技術(shù)，在吳培亨院士的指導下與團隊成員一起攻克了探測器芯片和系統(tǒng)的全部關(guān)鍵技術(shù)，于2008年研制出我國第一個超導單光子探測器。經(jīng)過多年的不懈努力，探測器的性能指標不斷提高，從單元器件到陣列芯片，光學口徑從9微米到300微米，儀器系統(tǒng)的整體技術(shù)水平達到國際先進，部分指標達到國際領(lǐng)先。

南京大學研制陣列超導單光子探測器芯片

由于光子是光的最小能量單元，具備單光子靈敏度的雷達系統(tǒng)可將激光雷達系統(tǒng)的性能發(fā)揮到極致。在單光子激光雷達系統(tǒng)的研究上，該團隊與中國電科第十四所攜手合作多年。針對低空大氣衰減和湍流等復雜環(huán)境下，遠距離目標高精度探測難題，團隊為單光子雷達系統(tǒng)，最新研制了高靈敏、高精度、高速率的超導陣列單光子探測器，并在今年9月的外場試驗中，大幅度提高系統(tǒng)靈敏度和抗環(huán)境雜散光能力，成功實現(xiàn)了數(shù)百公里外移動和固定小目標的實時跟蹤探測。

上圖為單光子激光雷達探測170多公里外山峰的三維重構(gòu)圖像。

2017年，利用儀器的光子數(shù)分辨功能，通過光子編碼技術(shù)，大幅度提高了系統(tǒng)的抗背景光干擾能力，解決了復雜氣象環(huán)境下、長距離目標探測難題。在黃海海域的海面目標探測實驗中，實現(xiàn)了70公里范圍內(nèi)的穿透云、霧等測量。

除了探測大氣層內(nèi)的海陸空目標之外，這種新型的激光雷達系統(tǒng)真正的用武之地應該是在中高層大氣或者太空。既然現(xiàn)在低層都能看幾百公里，說明更高就可以更遠。

也就是說，這種新型雷達系統(tǒng)，不僅要看大氣層內(nèi)的低空隱身目標，還要看中高層大氣層高速來襲目標，從原理上來講，目前各國爭相研發(fā)的高速聲速導彈、水漂彈等，都是它將來要探測的目標。

另外，在和平利用外太空方面，這種新型激光雷達系統(tǒng)也能發(fā)揮重要作用。例如，2015年以來，針對國家戰(zhàn)略需求，該團隊與云南天文臺等單位合作，將大口徑超導陣列單光子探測系統(tǒng)應用到空間碎片的探測研究中，成功探測到2千公里軌道上，0.04平米的空間碎片，填補了我國小空間碎片高精度探測的空白。再比如，2019年，該團隊與中山大學等單位合作，首次將高時間精度超導陣列單光子探測器用于40萬公里的地月激光測距中，成功測得了月球表面上五組反射鏡的回波信號，且精度達到國際先進水平。