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新時代中國調研行之長三角篇|一個單光子探測器的長三角協同創新之旅_世界報道

2024-04-20 17:57:11
來源:新華網

如果把刷新光量子信息技術世界紀錄的量子計算原型機“九章三號”打開,會看到10個圓柱形“小冰箱”,每個“小冰箱”里精心排布著10多個比指甲蓋兒略大、帶著光纖“小辮子”的金屬模塊。

“這些模塊名為超導單光子探測器,是‘九章三號’中捕捉并識別單個光子的‘眼睛’。”中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員尤立星告訴記者,在上海誕生,到浙江封裝,再到安徽應用,每個單光子探測器都會經歷一場長三角協同創新之旅。

對于光量子計算來說,“火眼金睛”非常重要。尤立星說,光量子計算是用光子的不同量子態來表達運算中的“0”或“1”,要獲得運算結果就要識別其中的每一個光子。一個10瓦的小燈泡每秒鐘釋放的光子數以萬億億計,一個光子的微弱程度可想而知,單光子探測器需要非常精準。

尤立星在實驗室為記者介紹單光子探測器。 新華社記者董雪 攝

記者采訪了解到,2020年,尤立星團隊刷新了光子探測效率的世界紀錄,探測效率達到98%,可以簡單理解為100個光子一個一個傳輸過來,其中98個都能被精準探測。

科研追求的是極致,而應用需要規?;占?。采訪中,國家需求、應用導向給記者留下了更深的印象。尤立星團隊與中國科學技術大學潘建偉團隊的合作始于10多年前,那時候尤立星和同事經常上海、合肥兩地跑。

“單光子探測器對環境非常敏感,我們需要根據應用環境做出調整。”尤立星說,“‘九章三號’需要100多個高效率單光子探測器,在實驗室環境里實現一個高效率的單光子探測器不難,難的是做出一批,而且可以適用于各種應用環境。”

團隊在一致、適用和降低使用門檻方面下了大功夫。例如,單光子探測器之所以要被集成在“小冰箱”里,那是因為其使用的超導材料需要在接絕對零度的環境下工作。團隊選擇了工作溫度相對較高的一款超導材料,以此縮小“冰箱”的尺寸,降低使用門檻。

再如,為了實現單光子探測器的批量化供貨能力,團隊在毗鄰上海的浙江嘉善打造了一條封裝集成生產線。單光子探測器在這里被裝進“小冰箱”,然后再運往安徽合肥。

應用在“九章三號”中的一臺超導單光子探測器。(受訪者供圖)

在中國科學院上海微系統與信息技術研究所的實驗室里,記者看到了10余種研制中的單光子探測器。“上海有非常強的科技實力,嘉善有制造的成本優勢,合肥在持續探索量子科技前沿。”尤立星表示,長三角協同創新持續助力量子科技攀登科技高峰,團隊將繼續圍繞應用需求推動單光子探測技術演進。

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