近日，南京大学超导电子学研究所吴培亨院士、赵清源教授团队的研究成果发表于国际期刊《Applied Physics Letters》（APL）。团队成功研制出一款基于超导纳米线冷子管（nTron）的片上可调谐光子符合计数器，攻克低温量子芯片集成难题，为规模化量子光子系统提供核心器件支撑。
符合计数器是量子计算、量子通信、量子基础实验的核心器件，用来筛选同步关联光子、过滤噪声，实现芯片级实时纠错。传统商用计数设备体积大、散热高，无法放进低温超导系统；而低温 CMOS、SFQ 超导电路又存在工艺不兼容等问题。超导纳米线冷子管 nTron 尺寸小巧、功耗极低，且和超导单光子探测器（SNSPD）制备工艺完全匹配，是片上集成的理想选择。
图1 超导纳米线符合计数器原理及工作演示图
核心创新：自研双门控 nTron 计数电路。
团队创新设计对称双门控 nTron 作为核心与门，整套电路仅由 5 个 nTron 组成，包含两路延迟门、缓冲门与核心与门：双门对称结构抑制信号串扰，精准实现光子同步 “与逻辑” 判断；通过调节偏置电流，可独立调整两路光子脉冲时延，自由控制符合探测窗口；器件制备流程与超导单光子探测器同源，支持单片一体化集成。
图2 双门控nTron仿真及器件设计表征
亮眼性能，适配低温芯片应用。
实测器件综合性能优异，全部指标适配超导光子探测需求：时序灵活可调：符合窗口宽度 550 ps～2.5 ns 连续可调，最小窗口低于 1 ns；电路固有延迟 1.05 ns，时序抖动仅 276 ps；高速稳定工作：最高运行频率 17 MHz，误码率 10⁻⁵时偏置工作裕度达 22%；超低功耗：静态功耗仅 282 nW，1 MHz 工作下动态功耗仅 2 nW，大幅减轻低温制冷压力，适合大规模片上级联。
图3 计数器符合窗口可调性表征
对比现有 nTron 符合探测方案，本工作专为光子同步计数设计，可实时电调时序窗口，无需重新制版就能适配不同实验需求，单元电路还能多级拓展用于多光子玻色采样等实验。
图4 偏置裕度与灰区的特性表征
目前器件仍存在制备均匀性带来的一致性问题。后续团队将通过优化器件结构、采用原子层沉积薄膜工艺、缩小器件线宽等方式，进一步降低时序抖动、提升集成规模。
这项工作验证了 nTron 超导逻辑用于片上光子同步探测的可行性，推动全集成低温量子光子芯片发展，为片上量子纠错、光子量子计算提供全新硬件方案。
图5 插入延迟与时间抖动的表征
该成果刘乃滔博士生为第一作者；赵清源教授为通讯作者，获吴培亨院士的指导与支持。涂学凑教授级高工、贾小氢教授、张蜡宝教授、陈健教授和康琳教授等也为研究提供了重要支持。本研究得到量子科学与技术国家科技重大专项、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省电磁波先进调控技术重点实验室等多项项目的大力支持。研究团队一并致谢南京大学超导电子学研究所（RISE）成员在纳米加工与测试方面提供的协助，以及所有参与讨论和提出建议的同行。
论文信息
Nai-Tao Liu, Qing-Yuan Zhao* et al. A tunable coincidence counter based on superconducting nanowire cryotrons. Applied Physics Letters 128, 262601 (2026). doi: 10.1063/5.0334034.
