为量子世界拍一部“纳秒电影”：国产660fps相机如何重塑科研范式

引言

2025年12月5日，中国超快成像技术领军企业中智科仪，正式发布了全国首台具备660fps超高帧频能力的逐光IsCMOS高速像增强相机——逐光TRC425。这一突破性产品的问世，标志着我国在高时间分辨率与高速视觉感知领域实现了关键技术突破。

这台相机不仅实现了全分辨率(1600×1088)下高达660帧/秒的拍摄能力，更配备了最短500皮秒的超快快门，一举打破了传统设备在超高帧频与大分辨率不可兼得的技术壁垒。

01、技术革命，填补国内高端成像空白

在高端科学仪器国产化浪潮中，一个领域的突破往往能带动整个产业链的升级。长期以来，我国在在量子相关高端成像领域，面临着技术封锁和价格高昂的双重困境。

TRC425的发布彻底改变了这一局面。这款相机专为前沿科学研究中最具挑战性的皮秒级时间分辨光谱与高速成像实验设计，其核心突破在于同时实现了高帧频、高分辨率和高灵敏度。传统高速相机在高帧频下往往牺牲分辨率，或在捕捉微弱信号时损失时间精度。TRC425通过采用全局快门的sCMOS高速芯片，实现了全分辨率下660fps的拍摄能力，这在国产设备中尚属首次。

1.1 自主创新，核心技术全链路突破

TRC425相机的技术突破并非偶然，而是源于中智科仪在全产业链上的自主创新和深度布局。该产品融合了多项尖端技术与自主创新成果，形成了从芯片到软件的全链路技术优势。

相机采用先进的sCMOS高速芯片，结合公司自主优化的数据传输架构，通过双路CoaxPress-12高速数据接口，解决了高速连续拍摄下的数据吞吐与实时存储难题。

高灵敏度像增强器是TRC425的“火眼金睛”。相机搭载了高量子效率、低噪声的第二代Hi-QE及第三代GaAs像增强器，确保了在微弱光条件下的卓越成像灵敏度，让科研人员能够捕捉到以前难以观测的瞬态现象。

1.2 精准控制，皮秒级同步成就科研利器

精度与可靠性是科学仪器的生命线。TRC425相机内置了中智科仪自主研发的皮秒级同步时序控制器，配合智能化的SmartCapture 2.0软件，实现了曝光与触发信号的亚纳秒级协同。

这一创新极大地简化了实验设置流程，同时保障了数据的精准可靠。传统实验中复杂的时序同步问题，现在只需几个简单的参数设置就能解决，大大提高了科研效率。

TRC425实现了最短500皮秒的光学门宽，为捕捉瞬态现象提供了更快的时间尺度。这相当于在一秒内能够捕捉到2万亿个瞬间，为科研人员打开了一扇观察超快过程的新窗口。

1.3 多元应用，驱动前沿科学发现

超高的时间分辨率与帧频能力，使得TRC425在多个国家重大战略需求与前沿基础研究领域展现出不可替代的价值。

在激光核聚变研究中，TRC425能够实时捕获等离子体演化过程中的关键瞬态事件，为可控聚变研究提供高时空分辨率的诊断工具支撑。

航空航天领域同样受益于这项技术突破。TRC425可对航空发动机内部微妙至纳秒量级的瞬态燃烧过程进行多帧精细解析，为发动机燃烧机理研究、性能优化与效率提升提供关键数据支撑。

02、量子飞跃，助推量子计算新突破

在量子科技这一国际竞争前沿领域，TRC425相机展现了独特的价值。量子计算研究中最关键的挑战之一是量子比特状态的高保真度、高速读取。

2.1 对离子阱量子计算：从“可用”到“好用、高效”的关键工具

国内现状：实验效率受限于探测。若依赖进口EMCCD或sCMOS相机，存在帧频低、同步精度有限的瓶颈。

TRC425精准赋能：

提升量子态读取速度：660fps帧频可将单次测量时间缩短数倍至一个数量级。大幅压缩数据采集时间。

提高读取保真度：500皮秒超快光学快门，可精准剔除背景杂散光和离子初态制备后的剩余泵浦光，直接提升荧光信号的对比度和信噪比，从而提高量子比特状态判别的保真度。

实现多比特并行高效读取：高分辨率结合高帧频，可对离子链上多个比特的荧光进行同时、连续、清晰的成像，为规模化离子阱的并行读取提供硬件基础。

国产化保障：实现自主，不再受制于国外设备的“黑箱”接口和潜在禁运风险。

2.2 对光量子计算与量子光学：实现高通量、高精度光子态诊断

国内现状：“九章”系统需对成千上万个光子探测单元进行标定和诊断。传统单点探测器扫描效率低下。

TRC425精准赋能：

多模式并行表征：将TRC425作为高帧频、高灵敏的面阵探测器，可对集成光量子芯片出射的多个光模场同时进行时空动态监测，快速诊断芯片不均匀性、损耗和串扰，极大加速芯片的迭代优化周期。

捕捉非经典光场动态：可用于观察压缩光、纠缠光子对等非经典光场的瞬态建立与演化过程，为理解量子光源物理和提升其性能提供直观数据。

2.3 对超导量子计算：赋能高速、复杂的测量电子学系统

潜在赋能路径：

低温测控系统故障诊断：在极低温环境下，利用其对微弱光的高灵敏度，实时观测芯片局部发热、微放电等瞬态异常现象，辅助解决超导量子计算中棘手的退相干和稳定性问题。

高速光学同步与触发：其皮秒级同步控制器，可作为整个测控系统的高精度时钟参考源，同步微波脉冲、激光脉冲和数据采集卡，提升系统整体时序精度。

2.4 对量子精密测量与基础研究：开启超快量子动力学观测新窗口

TRC425精准赋能：

超冷原子动力学：直接拍摄玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋、孤子等拓扑缺陷的形成、碰撞与湮灭过程，帧率足够高，可解析其微观动力学。

量子材料载流子动力学：泵浦-探测实验中，以660fps的“电影模式”直接记录光生载流子的扩散、复合等超快过程的空间演化，将传统点测量升级为全场动态可视化。

总结：TRC425在量子力学中的核心价值

03、深层次战略意义：从“解决卡脖子”到“构建长板优势”

供应链安全与自主迭代：彻底解决了在量子态高速光学探测这一细分环节的“卡脖子”风险。

催生特色研究方向：当中国科学家拥有了比国外同类产品帧频更高、同步更精准的探测工具时，就有可能设计出更具创新性的实验方案。例如，专注于研究需要极高时间分辨率的超快量子调控方案或极端条件下的量子瞬态现象，从而形成独特的研究优势。

降低顶尖研究门槛：让更多高校和研究所也能开展高水平量子实验，整体提升中国量子科研的基座厚度和人才储备。

04、迈向全链条系统赋能

中智科仪TRC425的突破，是中国高端科学仪器自主创新的一个生动缩影。而要将这样的单点突破，转化为持续的前沿科研动力，需要系统级的协同与支撑。

正如闪光科技所前瞻性布局的，其正以 “系统架构师” 的身份，构建覆盖 “量子态产生→调控→探测→环境支撑→光谱分析” 的全链条、模块化技术生态：

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量子光源系统·信息的“发射机”：提供原子级频率精度的精密激光系统，为量子实验奠定纯净、稳定的光学基准。

量子调控系统·过程的“指挥家”：实现复杂光场精密调控，搭配中智科仪STC系列脉冲发生器提供10ps级超高精度时序控制，确保全系统同步运行。

量子探测系统·信号的“感知网”：从Single Quantum超导纳米线探测器(探测效率≥90%)，到逐光2DSPC单光子相机(500ps快门)，再到LINCam时间相关单光子计数相机(40ps时间戳精度)，构建全方位、极致性能的感知矩阵。

光谱分析与滤波系统·信号的“净化器”：配备MS系列高分辨率光谱仪(最高0.002nm)与高性能窄带滤光片，确保量子信号的波长纯度与精准分析。

环境支撑系统·系统的“基础底座”：提供Cryodyne®极低温制冷、On-Board®无油高真空等解决方案，为量子器件创造并维持必需的极端纯净与稳定环境。

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