从“看见光子”到“读懂量子”，鑫图 Aries 6504 Pro为量子科技的未来逐光开路！

中性原子体系正在成为当前量子计算领域最具潜力的技术路线之一。

近年来，随着光镊阵列、里德堡相互作用以及可编程原子阵列技术的发展，中性原子量子计算正从数十量子比特向数百甚至上千量子比特快速扩展。

与此同时，科学相机的核心使命，正在从极限弱光成像转向高保真的量子态判读。

从“看见光子”到“读懂量子”

鑫图为量子计算构筑核心能力

鑫图推出的新一代单光子级sCMOS科学相机——Aries 6504 Pro，能够在收光效率、系统噪声控制和时序同步三个维度，为量子科技提供系统级成像解决方案支撑。

提升量子判读保真度

精准分辨“0态”与“1态”

在单原子量子比特读出过程中，可用于判读的有效光子数量十分有限。因此，科学相机首先需要解决的问题是：如何尽可能保留每一个有效光子，尽可能降低探测链路引入的附加噪声。

图1 亮态/暗态统计分布与判读保真度对比

95% 峰值量子效率（QE）

采用背照式BSI sCMOS架构，峰值量子效率高达95%，能够最大限度收集单原子散射产生的有效光子，提高信号利用率。

0.43 e⁻ 超低读出噪声

达到单光子级探测灵敏度，进一步拉开亮态与暗态之间的信号分布，提高量子态判读阈值的容错空间。

6.5 μm 黄金像元设计

兼顾高NA光学系统奈奎斯特采样要求与单像素集光能力，在空间分辨率与信号收集效率之间实现平衡优化。

核心价值解读：高QE、低度出噪声、像元尺寸设计本质都是为了提升亮态与暗态的统计可分辨性，提高量子比特状态判读保真度。

对比不同探测技术信噪比

我们在统一光子照度条件下，通过统一单位探测面积上的成像能力，对不同探测技术进行了信噪比拟合分析。

结果表明：在单光子极限附近（≈1–2 photons），EMCCD凭借电子倍增机制仍具有一定优势；随着有效光子数增加至约3 photons以上，Aries 6504 Pro 的信噪比已与主流进口BSI sCMOS基本相当，并优于EMCCD。

图2 等光子通量条件下探测性能比较

* 注：EMCCD在1 MHz 读出频率下，读出噪声通常约为40–60 e⁻ RMS；开启电子倍增（EM Gain）后，输入端等效读出噪声可降至1 e⁻以下。本次EMCCD对比采用100×电子倍增设置，等效读出噪声约为0.4–0.6 e⁻。

降低系统误差预算

守住每一个有效信号

对于量子比特判读而言，真正影响实验结果的并不只是信号强度本身。背景不一致性、系统本底噪声以及相邻原子荧光串扰等，都是降低量子态读出保真度的影响因素。因此对科学相机的长期稳定性、一致性和重复性提出更高要求。

图3 影响量子态判读的系统误差来源

PRNU: < 0.3%，DSNU : 0.3 e⁻

有效提升背景均一性与定量测量一致性，降低像元间响应差异带来的系统误差。

深度稳定制冷

在室温环境下可实现-20℃制冷能力，暗电流低至0.01 e⁻/pixel/s，有效抑制长时间运行过程中的背景漂移。

实时背景校正功能

配套软件支持实时减背景处理功能，提高弱信号条件下的信噪比表现，并减少后处理工作量。

核心价值解读：从硬件、软件、算法三维度建模，将背景从不可控漂移项转化为可校正项，降低系统误差预算，提高量子态判读一致性。

DSNU算法应用优势实测

图4 DSNU背景校正效果实测

鑫图相机在早期的单原子探测实测结果表明，DSNU 算法能够降低固定模式噪声干扰，有效提升成像信噪比。

支撑实时反馈控制

成为量子控制链路的重要探测节点

随着中性原子量子计算向更大规模阵列发展，实验系统越来越依赖实时反馈控制。例如：

• 原子装载检测

• 原子阵列重排

• 量子门操作后的状态读取      

• 自动化闭环优化      

这些应用不仅要求科学相机快速、准确地完成量子态读出，还要求其能够与实验时序控制系统保持精准同步，并将状态信息及时传递至控制系统，支撑实时反馈控制。

图5 量子测量数据链路

高速量子态读出能力

在0.43 e⁻超低读出噪声下依然实现99 fps高速采集，并支持ROI高速读出，在兼顾量子态判读保真度的同时缩短状态读出时间，为反馈控制提供快速、可靠的数据输入。

精准时序同步能力

提供SMA硬件触发、Global Reset同步曝光及丰富的Trigger I/O功能，可与实验时序控制系统建立统一的硬件同步机制，实现曝光、读出与控制信号的精准协同，为量子实验自动化闭环控制提供稳定可靠的时间基准。

高速输出能力

支持 CoaXPress（CXP）与 USB3.2 双高速数据接口，可根据实验架构在“极限带宽传输”与“灵活集成部署”之间进行选择，从而构建稳定、低延迟的反馈数据通路。

核心价值解读：从独立成像设备升级为量子实验控制链路的重要探测节点，通过高速状态读出、精准时序同步和高速数据传输，为实时反馈控制提供可靠的数据支撑。

Aries 6504 Pro 读出模式优势解析

鑫图科学成像解决方案

为量子科技的未来“逐光开路”

量子计算的进步，往往不是从“更强的光”开始，而是从“更好地理解微弱信号”开始。在冷原子与中性原子量子比特读出场景中，真正决定系统上限的，从来不是某一个孤立参数，而是整条成像链路能否把少量但关键的信息保留下来，并稳定地交给实验者。

Aries 6504 Pro，正是围绕这样的需求而来。它不仅是一台单光子级 sCMOS 科学相机，更是一套面向量子态判读、系统误差控制与支撑反馈控制机制的科学成像解决方案。

从“看见光子”到“读懂量子”，鑫图将持续为量子科技的未来“逐光开路”。