当一束来自40万公里外月球的光信号抵达地球时,它携带的光子已稀疏到“屈指可数”；当量子通信的密钥以单光子形式穿梭于光纤或大气中时，任何微小噪声都可能让信号“石沉大海”，在这些极端场景下，光子接收技术正上演一场场与弱光、干扰的“逆战”——科研人员试图从近乎黑暗的背景中，精准捕捉每一个珍贵的光子，为通信、探测、医疗等领域打开新可能。
逆战的“对手”：弱光与噪声的双重围剿
光子接收的核心挑战,在于极低光强下区分信号光子与背景噪声，以深空通信为例，信号经星际传输后，光子密度指数级衰减，每平方厘米每秒可能仅接收几个甚至不到一个光子；宇宙微波背景辐射、大气杂散光、探测器热噪声等“干扰项”，让信号光子如同“大海捞针”，在量子通信中，单光子信号的脆弱性更甚：一旦被噪声淹没，密钥安全性与通信可靠性将大打折扣。
逆战的“武器”：从硬件到算法的全面升级
为打赢这场“暗战”，科研人员从硬件到软件展开多维度突破：
- 探测器革新：超导纳米线单光子探测器（SNSPD）成为“利器”，它利用超导材料接近绝对零度时的特性，可100%效率捕捉单光子，响应速度达纳秒级，中国科大团队研发的SNSPD，为墨子号星地量子通信提供关键支撑。
- 算法赋能：机器学习模型通过识别信号与噪声的特征差异，在复杂背景中精准筛选有效信号，生物成像领域结合AI的单光子成像技术，能在低剂量光下清晰捕捉细胞结构，减少活体损伤。
- 自适应光学：实时校正大气湍流或光学畸变，稳定光子传输路径，提升接收效率。
逆战的“战果”：从实验室走向现实
这场逆战的成果已逐渐落地：
- 星地通信：墨子号卫星成功实现星地量子密钥分发，验证了长距离光子接收的可行性；
- 深空探测：詹姆斯·韦伯望远镜用高灵敏度探测器捕捉130亿年前宇宙信号，揭示早期星系形成；
- 医疗诊断：单光子发射断层扫描（SPECT）通过检测放射性药物的单光子，为肿瘤诊断提供精准影像。
未完的逆战：向更远、更暗进发
光子接收的逆战远未结束,科研人员将挑战火星及更远行星的通信，需更高效的接收系统；量子计算领域，单光子探测器的集成化、小型化将助力量子芯片发展，这场与弱光的“暗战”，不仅是技术较量，更是人类探索未知的决心——每一次精准捕捉光子，都可能打开通往新领域的大门。
（全文完）
