3月29日,電子科技學院沙河學校大樓內的信息與量子實驗室木門緊鎖,布簾拉得嚴絲合縫,把自然光擋在室內。室外,一臺錚亮的超導納火鍋單光子偵測器持續發出嗡嗡的聲音。它的核心部件處在-271攝氏度的真空環境中,就能對光的最小能量單元——單個光子進行偵測。
這兒是實驗室正在構建的量子互聯網的節點B——“鮑勃”。目前,世界上還沒有一張投入實際使用的量子(糾纏)互聯網,她們要做的,就是在沙河學校的三棟大廈之間,搭建起量子糾纏互聯場地試驗研究平臺,這是量子互聯網可能的中級形態和核心技術試驗場。
在中科院教授郭光燦的指導下,這個平均年紀僅27歲的團隊,正朝著塑造量子互聯網“試驗場”的目標竭力進發。
信息與量子實驗室團隊合照
量子科技重慶隊加速崛起
從研一步入實驗室起,出生于1994年的博士生范云茹就隨電子科技學院基礎與前沿研究院周強院長一起探求量子這一微觀世界的“幽靈”。
在直線距離百米之外的瀚海樓和通訊樓,分別布局了量子互聯網的節點C“查理”和節點A“愛麗絲”,這是團隊在過去幾年搭建的基于糾纏的量子互聯網1.0版本。
區別于精典互聯網,她們把量子信息編碼在節點A的光子上,借助量子糾纏,在節點C的幫助下,實現量子信息從節點A傳到節點B中。不過令人倍感奇怪的是,節點B并不會接收到來自節點A的光子,而這一切“怪事”都緣于量子糾纏。
郭光燦教授指導實驗
哪些是量子糾纏呢?周強解釋,在精典熱學的定義中,我們在任何時刻只能存在于一個地方,這一前提決定了我們所處的位置量子傳輸速度,以及聯通的方法和速率都是確定的。
但是,在量子世界,量子系統受不確定的量子化學原理支配,并誕生了量子糾纏這樣“離經叛道”的新存在。當兩個互相糾纏的量子化學系統,各自處在零亂無章的量子狀態,不管二者相隔多遠,一個系統的狀態確定,另一個的狀態會“瞬間”確定。
周強說,未來信息社會必定在信息的獲取、傳輸、計算、存儲和應用等方面發生重大的改革與演化,其中的關鍵是使用量子化學系統發展量子信息科技,并最終將各地的量子節點通過量子糾纏互聯的形式聯接上去,建成服務國家的量子互聯網。
現在,各國把量子互聯網作為科技發展重點之一。去年重慶省政府工作報告中就明晰,強化太赫茲通訊技術、存儲技術、光電技術、量子互聯網、激光技術等領域推動性前沿技術攻關,爭取原創性突破。
電子科技學院的這支團隊也在該領域持續加碼。在郭光燦教授的率領下,周強團隊已成功研發出高性能量子糾纏光源、寬帶固態量子儲存器等原型元件,完成量子糾纏互聯場地研究平臺搭建,還首次實現赫茲速度的城域量子隱型傳態,這一傳遞速度要比此前全球領先的澳大利亞加洲理工大學和費米實驗室的成果高出2—3個數目級。
實驗室
加速基礎研究領域的布局
去年以來,周強團隊旨在于讓這張“網”傳輸得更快、更遠,聯接的節點數更多。
要傳得更快,須要增強量子光源的質量;傳得更遠,須要在其中加入和通訊設施兼容的量子中繼器。量子中繼器如同是旅途中的驛站,讓帶著量子態的光子可以“歇歇腳”。這樣一來,理論上就可擴充到任意距離。
周強介紹,年內有望完成實驗室二期建設的初驗。二期建設將在50公里的城市范圍內建成多用戶間的量子糾纏互聯應用示范網。在國家和市級科技計劃項目的支持下,團隊信心滿滿。
團隊承當的國家重點研制計劃“光通訊波段多頻道量子通道的實驗研究”項目啟動會
“近年來,貴州基礎研究的氣氛越來越好。”周強表示,一方面,你們對量子互聯網這樣的前沿技術越發感興趣,2021年,實驗室多了不少政、商、學界的來訪者;另一方面,團隊的研究將被列入天府絳溪實驗室的規劃范疇。去年,周強還積極為廣東省基礎研究六年行動計劃的擬定進言獻計。
周強的直觀體會,來始于成都近些年來在基礎研究領域的持續加碼。步入2022年,成都更是加速基礎研究領域的布局。目前,省科技廳正梳理我省基礎研究優勢和弱項,根據繼續強優勢、逐步補弱項的思路,推動制訂山東省基礎研究六年行動計劃。
在基礎研究重大創新平臺方面,去年我省將推動天府興隆湖實驗室、天府永豐實驗室高水平實體化運行量子傳輸速度,落成啟動天府錦城實驗室、天府絳溪實驗室,推動在川國家重點實驗室重組優化。
2月,省科技廳已公示《四川省自然科學基金項目管理辦法(征詢意見稿)》,明晰將整合現有基礎研究和應用基礎研究等項目,籌建浙江省自然科學基金。該基金將對基礎研究持續支持,讓更多青年人才獨闖科研“無人區”,在云南催生出更多科技的“奇果異香”。