單光子探測器是量子信息和量子調控領域發展的關鍵技術，南京大學吳培亨院士團隊研發出目前綜合性能最好的單光子探測器，在前沿科學、生物醫療和軍事國防等領域有廣泛的應用前景。
南京高校科教資源豐厚，人才薈萃，科研成果層出不窮。為將南京建成全國一流、具有國際影響力的創新型城市，7月11日，南京市與南京大學、東南大學等20家駐寧高校科研院所簽署協議，推進科技創新深度合作。新學期開學，南京日報推出“高校‘曬’寶”欄目，讓“寶山”中的科研“寶貝”閃亮登場，以期引起各區、相關部門以及企業的關注，進行對接，實現高校科技成果在南京落地生根、開花結果。
“神眼”可追太空垃圾能捉早期癌細胞
幾千公里乃至上萬公里太空的衛星和碎片，可以精確到厘米量級來測距。南京大學吳培亨院士團隊在光電子探測方面取得最新的研究成果，今年7月份，這一成果在光學快報（Optics Letters）學術期刊上發表。
光子是光的最小能量量子。一根蠟燭1秒鐘可以釋放出超過100億億個光子，1萬公里外的蠟燭發出的光，單光子探測器都能看到。單光子探測器一直是世界各國研究的前沿和競爭的焦點。
“目前國際上比較先進的光子探測器，可以探測到可見光或近紅外波段的光子，而超導探測器理論上可以探測所有光波段的光子。”課題組研究人員介紹。
他舉例，太空中存在很多飛行碎片，這些碎片會微弱地反射光，距離越遠能夠傳輸過來的光就越微弱。利用他們的探測器在地面就可以捕捉到這些碎片，降低衛星等太空飛行器與碎片碰撞的風險。
課題組介紹，去年他們與云南天文臺和北京跟蹤與通信技術研究所合作，將超導單光子探測器成功應用于天文光學望遠鏡系統中，在幾萬公里距離的地球軌道上，以厘米級別的測量精度，跟蹤和探測了多顆衛星目標。實驗結果表明，該系統可以跟蹤測量覆蓋從近地軌道到地球同步軌道上的所有衛星。也就是說，太空中厘米大小的螺絲釘，該儀器都能夠看得清楚。
“探測器還可以應用于醫學診療、集成電路無損檢測。”他介紹，這個探測器可以探測到癌細胞的單個分子發出的光子；可以發現集成電路芯片的上億個元件中，哪個元件壞了；可以大幅度提高現光電系統的性能，在國家安全和生物醫療等民用領域都具有廣泛的應用前景。
新型檢測儀精準預報霧霾
大氣的能見度，除和空氣中大氣氣溶膠粒子等顆粒物的成分、多少息息相關，也和氣流的大小、流動性有密切聯系。市場上現有的光學監測儀器，存在不能同時考慮顆粒物和氣流對能見度影響的缺陷，以至于測出來的數值存在較大誤差。南京大學大氣科學學院韓永副教授團隊研制的一款新型儀器能有效避免以往儀器的缺陷，更加準確地測出大氣能見度以及湍流對大氣能見度的影響。
霧霾天氣，空氣的能見度很差，但是隨著強風的來襲，能見度能迅速提高。這是我們的普遍感受。“顆粒物和湍流是裹雜在一起的，顆粒物對湍流會產生拖曳作用，而湍流對顆粒物則會產生推動作用，兩者間的相互作用一直存在。”韓永介紹，他們設計的檢測儀，通過新的方法，在測量時可以綜合考慮顆粒物和湍流兩方面的相互作用，測出來的能見度比現在的數值準確率至少提高三到四成。
“這對于飛機的起降、船舶的航行、高速公路上汽車的行駛，以及霧霾天氣預警預報都有著更好的提示作用。”韓永說，對于農業氣象、智慧農業，儀器也有著獨特的作用，“比如，可以更好地監測到花粉是怎么傳播的，農場主需要怎么對此進行干預等。”
據介紹，目前課題組做出了樣機已經進入了中試，并且已經通過江蘇省科技廳“重點研發計劃（產業前瞻與共性關鍵技術）”立項的中期評估，“如果順利，很快就可以給客戶試用，1年后就可以正式銷售。”
編輯點評：南大教授團隊研發的倆探測“神器”，一個是目前綜合性能最好的單光子探測器，一個是能精準預報霧霾的新型檢測儀，設備的研制對于國家氣象和資源環境監測、飛航安全、大氣輻射氣候效應研究、污染監測和天氣預報具有重要的科學意義。
