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一個(gè)單光子探測(cè)器的長(zhǎng)三角協(xié)同創(chuàng)新之旅


  來(lái)源: 新華網(wǎng) 時(shí)間:2024-04-22 編輯:清風(fēng)
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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’?!敝袊?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)?;占?。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?!庇攘⑿钦f(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?!吧虾S蟹浅?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?!庇攘⑿潜硎荆L(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)

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