KRISS开发仅插电即可运行的常温单光子光源[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 18 Jun.2026 09:26(KST)

无需极低温冷却装置，仅凭220V电源即可运行
量子加密通信核心部件实现国产化……正与Curad推进产品化

韩国标准科学研究院（KRISS）开发出无需极低温设备、可在常温下运行的单光子光源，朝着量子通信核心部件国产化又迈进一步。

KRISS于18日表示，已将基于氮化镓（GaN）半导体的单光子光源做成19英寸机架式小型设备。该技术采用即插即用（Plug & Play）方式开发，仅需连接普通220伏电源即可立即使用，大幅提升了此前停留在实验室层面的量子光源技术在现场应用中的可用性。

KRISS开发的“常温即插即用单光子光源”。研究团队将用于寻找单光子的高倍率镜头、杂散光去除滤波器、光纤耦合装置等核心光学·电子部件集成到19英寸机架式设备中。由此无需超低温冷却装置或大型光学实验台，也可实现生成单光子。KRISS供图

单光子光源是逐个产生作为光最小单位的光子的装置，是量子通信、量子传感、量子测量等基于光子的量子技术核心部件。尤其在量子加密通信中，由于信息通过光子承载并传输，一旦发生窃听尝试，光子状态就会发生变化，从而可立即确认是否遭到入侵。

但现有单光子光源需要零下270摄氏度级别的极低温环境、大型光学实验设备以及专业科研人员，因此难以应用于实际产业现场。

走出极低温实验室的量子光源

研究团队利用氮化镓半导体内部自然形成的原子级微小缺陷，实现了即使在常温下也能稳定产生单光子的技术。

核心在于“空间确定性映射（Spatial Deterministic Mapping）”技术。由于半导体内部缺陷极其微小且随机分布，难以反复利用同一位置，研究团队将单光子发射位置像坐标一样记录下来，使设备即便关机后重新启动，也能自动找到同一位置。

此外，参与联合研究的公州大学Lee Ukjae教授团队在半导体表面设计并制造了纳米级圆形布拉格光栅（Circular Bragg Grating）结构，提高了光子向外发射的效率。

研究团队开发的装置采用19英寸机架标准制造，可与现有量子密钥分发设备轻松联动，也更有利于在通信网络或安保设施等现场安装部署。

近期，随着美国、中国和欧洲等围绕量子技术主导权的竞争日趋激烈， 확보核心设备和部件正成为国家竞争力的关键因素。此次成果被评价为以韩国本土技术实现单光子光源设备化的代表性量子材料·零部件·装备国产化案例。

常温单光子光源研发团队。照片中左前方起按顺时针方向依次为：Bae Inho 韩国标准科学研究院首席研究员、Hong Giseok 韩国标准科学研究院首席研究员、Lee Donghun Curad首席执行官、Park Junho 韩国标准科学研究院高级研究员、Im Seondo 韩国标准科学研究院光度测量组组长。韩国标准科学研究院供图

预计未来可应用于金融网络、医疗网络、政府专用网络等对高安全性要求较高的通信基础设施。KRISS目前正与研究所孵化企业Curad共同推进产品化。

Hong Giseok KRISS首席研究员称：“单光子光源是基于光子的量子技术核心部件，但此前一直被束缚在极低温实验室中。此次成果的意义在于实现了可在常温下使用的设备型光源，大幅降低了现场应用门槛。”

Lee Donghun Curad首席执行官表示：“量子产业竞争力取决于能否直接开发核心部件并稳定供应。我们将为构建基于韩国本土技术的量子光源供应链作出贡献。”