量子成像：用qCMOS重新定义精度极限，单光子级探测进入新时代!

引言

在量子科技飞速发展的今天，对光的探测能力，往往决定着我们探索未知的边界。传统CMOS相机在弱光环境下常显得力不从心，而EMCCD虽灵敏度高，却受限于噪声与分辨率。直到qCMOS的出现，科学成像的范式被彻底颠覆。

然而，真正的量子突破，从来不是单一设备的胜利，而是整个系统的高度协同。今天，我们不仅要介绍qCMOS这一革命性的成像技术，也要向您展示：东方闪光可以为您提供从量子态产生、调控、探测到环境支撑的全链条量子技术解决方案。

01、qCMOS：为什么被称为“科学相机的革命”?

qCMOS，即“定量互补金属氧化物半导体”图像传感器，是滨松公司推出的一项突破性技术。它不仅在灵敏度上达到单光子级别，更实现了光子数分辨(Photon Number Resolution, PNR)，能够精确区分0、1、2、3…个光子事件，这是以往任何成像技术都难以企及的精度。

02、三大突破，重新定义成像极限

1.超低噪声：0.25电子中值读出噪声

在超静音扫描模式下，qCMOS的读出噪声低至0.25电子，几乎可以忽略不计。这意味着即使在极弱光条件下，相机也能捕捉到真实的光子信号，而非噪声。

2.光子数解析：看得见每一个光子

qCMOS不仅能“看到”光子，还能“数出”光子的个数。这对于量子光学实验、单光子源表征、量子态层析等应用来说，是质的飞跃。

3.高分辨率与大靶面：940万像素，视野更广阔

搭载4096 × 2304像素的高分辨率传感器，qCMOS在保持高精度的同时，覆盖更大的成像区域，非常适合大规模量子比特阵列、冷原子云等系统的成像需求。

03、qCMOS在量子科技中的核心应用

量子计算：实现对中性原子、离子阱中量子比特的高保真度荧光成像与读取。

量子成像：用于量子关联成像、鬼成像等，提升成像质量与信噪比。

单光子源表征：精确分析光子统计特性，验证单光子纯度。

冷原子物理：观测玻色-爱因斯坦凝聚体、光学晶格中的原子分布等。

qCMOS在保持高灵敏度的同时，提供了无与伦比的定量精度与空间细节，是量子科研中静态与准静态成像的理想工具。

04、qCMOS在量子前沿研究中的身影

大阪大学使用ORCA-Quest 2对铷原子量子比特阵列进行荧光成像，为大规模量子处理器开发提供关键支持。

使用 ORCA-Quest 对 Rb 原子阵列进行荧光成像

由大阪大学山本隆教授和小林俊辉助理教授提供

格拉斯哥大学利用该相机成功完成量子关联成像实验，验证了量子成像在低光照条件下的独特优势。

使用 ORCA-Quest 进行量子成像的实验装置

使用 ORCA-Quest 进行量子成像的图像

由格拉斯哥大学 Miles Padgett 教授提供

qCMOS不仅是一台相机，更是科学家眼中的“光子计数器”。它将成像从“看得见”推向“看得清、数得准”的新高度，为量子通信、量子计算、量子传感等领域提供了前所未有的探测能力。

05、结语

二十年光学积淀，开启量子新程——我们不仅是仪器供应商，更是您在量子时代的架构伙伴。

在东方闪光构建的量子技术系统生态中，qCMOS只是感知层的一环。要构建一个完整、稳定、高性能的量子实验平台，您可能还需要以下关键模块的协同支持：

1.量子光源系统 · 信息的“发射机”

精密激光系统：具备原子级频率精度，为量子计算与模拟提供稳定、纯净的光学基准。

2.量子调控系统 · 过程的“指挥家”

滨松LCOS-SLM：实现复杂光场的精密调控，支持任意波前塑造与空间编码;多通道数字延迟脉冲发生器：10ps级超高精度时序控制，确保全系统同步运行。

3.量子探测系统 · 信号的“感知网”

Single Quantum超导纳米线探测器：探测效率≥90%，暗计数<1 cps，接近物理极限;逐光2DSPC单光子相机：500ps超快门控，实现真正二维单光子成像;LINCam时间相关单光子计数相机：40ps时间戳精度，同步解析光子时空信息。

4.光谱分析与滤波系统 · 信号的“净化器”

MS系列影像校正光谱仪：覆盖185nm–60μm波段，最高分辨率达0.002nm;窄带干涉滤光片：峰值透过率≥98%，阻带抑制比OD8，确保光谱纯度。

5.环境支撑系统 · 系统的“基础底座”

Cryodyne®极低温制冷机：提供<10K的稳定超低温环境;On-Board®高真空低温泵：无油真空方案，保障量子器件的长时稳定;Polycold®低温深冷机：革命性水汽控制技术，实现超高真空纯净度。

如果您正在：搭建新的量子实验平台、升级现有系统的探测或调控能力、寻求从概念到落地的完整技术方案，欢迎联系闪光科技，获取定制化的量子技术系统方案。我们提供的不只是先进的仪器，更是一套高度集成、深度协同、即插即用的量子技术系统解决方案。从模块选型到系统联调，从光学搭建到软件控制——我们愿以二十年技术积淀，助您直向量子科研前沿。

审核编辑 黄宇