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從一小塊芯片到墨子號衛星：讓中國量子通信領跑世界
大眾網記者 樊思思 亓翔
周期極化鈮酸鋰波導、上轉換單光子探測器、量子多普勒激光雷達……普通人聽到這些名詞，恐怕連念都念不順溜，更別說弄懂它們有什么用了。但對于濟南量子技術研究院院長助理周飛來說，這些都是平日里最“親密”的工作對象。
初次見到周飛，很少有人能猜到他是個研究量子學的“科技咖”。他健談，幽默，穿上實驗室的白大褂，就像個還沒走出校園的博士生。千萬別小看了這個80后“大男孩”，他的經歷可不一般。還記得我國去年成功發射的“墨子”號量子通信衛星嗎？周飛曾經參與過量子通信科學試驗衛星的預研，他的老師潘建偉院士，便是量子衛星的科研團隊帶頭人。
對于普通人來說，量子通信算是個新概念。周飛給大眾網記者科普，所謂量子通信，就是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式。其最大的特點，就是能傳輸特殊的“量子通信密碼”，基于這種密碼進行的信息傳遞，可以達到無條件“絕對安全”的級別。簡單來說，假如把量子通信技術應用到銀行等金融機構，密碼被盜、銀行卡被盜刷、手機支付被黑等情況就幾乎不會出現了。
不過，周飛的主要工作并不是研發“墨子”號量子衛星，而是量子通信所需的關鍵器件——周期極化鈮酸鋰波導的研發。2012年，周期極化鈮酸鋰波導研制實驗室在濟南量子研究院籌建，周飛作為重要的引進人才來到這里，一干就是5年，和同事們一起貢獻了多項科研成果。
“我們這里的周期極化鈮酸鋰波導實驗室是國內第一家，可以進行波導的研發和定制，是量子通信中非常關鍵的核心器件。”提到這種“神奇”的波導，周飛滔滔不絕地講解起來。周期極化鈮酸鋰波導，其實就是一種高性能頻率轉換器件。比如，“墨子號”量子衛星在星地之間進行單光子傳輸的時候，它的光打到地球表面是非常微弱的。科學家們需要一種特殊的高效探測器，才能探測到這些微弱的光。周飛和同事們研發的周期極化鈮酸鋰波導芯片，正是高效探測設備的核心關鍵器件，有了它，才能更清晰地“讀懂”量子衛星說了些啥。
神奇的波導芯片不僅能“讀懂”量子衛星傳回的信號，在經典通信、大氣探測、生物醫療等領域也能大顯身手。周飛給大眾網記者舉了個例子，生活中常見的通信光纜，一旦光纜某處出現斷點，就會影響通信傳輸。但是，通信光纜動輒長達數百公里，為了找到斷點的位置，經常要花費很多時間。有了這種波導芯片，就能迅速精確定位斷點的位置，大大減少因為通信中斷而帶來的巨大損失。
“再比如對付讓人頭痛的霧霾天，這種波導芯片也能發揮作用。”周飛說，大氣污染嚴重的天氣里，空氣里漂浮著各種污染物，要對它們進行準確的識別和監控可不是件容易事。利用這種波導芯片，可以研制出高性能、超靈敏的光子激光雷達，精確探測PM2.5等污染物的排放、大氣能見度等等，為環保和氣象部門提供更加精準、有效的數據。大眾網記者了解到，不久前舉行的日內瓦國際發明展上，一種基于上轉換單光子探測器研發的量子多普勒激光雷達榮獲特別金獎，它就是周飛他們這個實驗室的重要研究成果之一。
除了量子關鍵器件研發，周飛負責的大規模城域量子通信網絡建設，已經建成了目前世界最大規模的實用量子網絡——濟南量子通信試驗網。到去年底，濟南有28家單位通過濟南量子通信實驗網內量子通信集控站和終端，在政務、金融、政法、科研、教育等五大領域的業務中，實現了數據的安全傳輸。有分析人士指出，隨著量子通信網絡的不斷升級，量子通信的應用領域將從目前的金融、政務、軍事等客戶推廣到個人生活，到2030年，量子通信市場有望達到千億元水平。
“我們研發的波導芯片，不僅在世界范圍內處于領先地位，而且是具有自主知識產權的。”周飛鄭重而自豪地告訴大眾網記者，幾年來，團隊的科研成果在特殊單位通信、大型安保活動中都發揮了重要作用。他說，自己最大的愿望，就是目前從事的量子通信科研工作能為國家信息安全事業盡一份力，使我國在世界通信領域從“跟隨者、模仿者”轉變為“帶頭人、領跑者”。
來源：大眾網
