新時(shí)代中國(guó)調(diào)研行之長(zhǎng)三角篇丨一個(gè)單光子探測(cè)器的長(zhǎng)三角協(xié)同創(chuàng)新之旅

如果把刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄的量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)”打開(kāi)，會(huì)看到近10個(gè)圓柱形“小冰箱”，每個(gè)“小冰箱”里精心排布著10多個(gè)比指甲蓋兒略大、帶著光纖“小辮子”的金屬模塊。

“這些模塊名為超導(dǎo)單光子探測(cè)器，是‘九章三號(hào)’中捕捉并識(shí)別單個(gè)光子的‘眼睛’。”中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員尤立星告訴記者，在上海誕生，到浙江封裝，再到安徽應(yīng)用，每個(gè)單光子探測(cè)器都會(huì)經(jīng)歷一場(chǎng)長(zhǎng)三角協(xié)同創(chuàng)新之旅。

對(duì)于光量子計(jì)算來(lái)說(shuō)，“火眼金睛”非常重要。尤立星說(shuō)，光量子計(jì)算是用光子的不同量子態(tài)來(lái)表達(dá)運(yùn)算中的“0”或“1”，要獲得運(yùn)算結(jié)果就要識(shí)別其中的每一個(gè)光子。一個(gè)10瓦的小燈泡每秒鐘釋放的光子數(shù)以萬(wàn)億億計(jì)，一個(gè)光子的微弱程度可想而知，單光子探測(cè)器需要非常精準(zhǔn)。

尤立星在實(shí)驗(yàn)室為記者介紹單光子探測(cè)器。 新華社記者董雪 攝

記者采訪了解到，2020年，尤立星團(tuán)隊(duì)刷新了光子探測(cè)效率的世界紀(jì)錄，探測(cè)效率達(dá)到98%，可以簡(jiǎn)單理解為100個(gè)光子一個(gè)一個(gè)傳輸過(guò)來(lái)，其中98個(gè)都能被精準(zhǔn)探測(cè)。

科研追求的是極致，而應(yīng)用需要規(guī)�；�普及。采訪中，國(guó)家需求、應(yīng)用導(dǎo)向給記者留下了更深的印象。尤立星團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)的合作始于10多年前，那時(shí)候尤立星和同事經(jīng)常上海、合肥兩地跑。

“單光子探測(cè)器對(duì)環(huán)境非常敏感，我們需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境做出調(diào)整。”尤立星說(shuō)，“‘九章三號(hào)’需要100多個(gè)高效率單光子探測(cè)器，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效率的單光子探測(cè)器不難，難的是做出一批，而且可以適用于各種應(yīng)用環(huán)境。”

團(tuán)隊(duì)在一致性、適用性和降低使用門(mén)檻方面下了大功夫。例如，單光子探測(cè)器之所以要被集成在“小冰箱”里，那是因?yàn)槠涫褂玫某瑢?dǎo)材料需要在接近絕對(duì)零度的環(huán)境下工作。團(tuán)隊(duì)選擇了工作溫度相對(duì)較高的一款超導(dǎo)材料，以此縮小“冰箱”的尺寸，降低使用門(mén)檻。

再如，為了實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)器的批量化供貨能力，團(tuán)隊(duì)在毗鄰上海的浙江嘉善打造了一條封裝集成生產(chǎn)線。單光子探測(cè)器在這里被裝進(jìn)“小冰箱”，然后再運(yùn)往安徽合肥。

應(yīng)用在“九章三號(hào)”中的一臺(tái)超導(dǎo)單光子探測(cè)器。(受訪者供圖)

在中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的實(shí)驗(yàn)室里，記者看到了10余種研制中的單光子探測(cè)器。“上海有非常強(qiáng)的科技實(shí)力，嘉善有制造的成本優(yōu)勢(shì)，合肥在持續(xù)探索量子科技前沿。”尤立星表示，長(zhǎng)三角協(xié)同創(chuàng)新持續(xù)助力量子科技攀登科技高峰，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)圍繞應(yīng)用需求推動(dòng)單光子探測(cè)技術(shù)演進(jìn)。(記者董雪、屈彥)