3月29日，電子科技大學(xué)沙河校區(qū)主樓內(nèi)的信息與量子實(shí)驗(yàn)室門窗緊閉，窗簾拉得嚴(yán)絲合縫，把自然光擋在屋外。室內(nèi)，各類儀器間信號(hào)線穿梭。一臺(tái)锃亮的超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器持續(xù)發(fā)出嗡嗡的聲響。它的核心部件處在-271℃的真空環(huán)境中，能夠?qū)獾淖钚∧芰繂卧?mdash;—單個(gè)光子進(jìn)行探測(cè)。
這里是實(shí)驗(yàn)室正打造的量子互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)B——“鮑勃”。世界上目前還沒(méi)有一張投入實(shí)際使用的量子（糾纏）互聯(lián)網(wǎng)，他們要做的，就是在沙河校區(qū)的三棟大樓之間，搭建起量子糾纏互聯(lián)場(chǎng)地試驗(yàn)研究平臺(tái)，這是量子互聯(lián)網(wǎng)可能的初級(jí)形態(tài)和核心技術(shù)試驗(yàn)場(chǎng)。
在中科院院士郭光燦的指導(dǎo)下，這個(gè)平均年齡僅27歲的團(tuán)隊(duì)，正朝著打造量子互聯(lián)網(wǎng)“試驗(yàn)場(chǎng)”的目標(biāo)全力進(jìn)發(fā)。
實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵量子器件加工平臺(tái)
在川建起首個(gè)含固態(tài)量子中繼的量子互聯(lián)網(wǎng)雛形，量子科技四川隊(duì)加速崛起
出生于1994年的博士生范云茹笑著說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)室里日夜與嗡嗡的儀器為伴，已經(jīng)習(xí)慣了這個(gè)聲音。從研一進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室起，她就跟隨電子科技大學(xué)教授周強(qiáng)一起探索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信樓，分別布局了量子互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)C“查理”和節(jié)點(diǎn)A“愛(ài)麗絲”，這是團(tuán)隊(duì)在過(guò)去幾年搭建的基于糾纏的量子互聯(lián)網(wǎng)1.0版本。
區(qū)別于經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)，他們把量子信息編碼在節(jié)點(diǎn)A的光子上，利用量子糾纏，在節(jié)點(diǎn)C的幫助下，實(shí)現(xiàn)量子信息從節(jié)點(diǎn)A傳到節(jié)點(diǎn)B中。不過(guò)令人們感到奇怪的是，節(jié)點(diǎn)B并不會(huì)接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)A的光子，而這一切“怪事”都源于量子糾纏。
什么是量子糾纏呢？周強(qiáng)解釋，在經(jīng)典力學(xué)的定義中，我們?cè)谌魏螘r(shí)刻只能存在于一個(gè)地方，這一前提決定了我們所處的位置，以及移動(dòng)的方式和速度，都是確定的。
然而，在量子世界，量子系統(tǒng)受不確定的量子物理原理支配，并誕生了量子糾纏這樣“離經(jīng)叛道”的新存在。當(dāng)兩個(gè)相互糾纏的量子物理系統(tǒng)，各自處在雜亂無(wú)章的量子狀態(tài)，但不管兩者相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)確定，另一個(gè)的狀態(tài)會(huì)“瞬間”確定。
周強(qiáng)說(shuō)，未來(lái)信息社會(huì)必將在信息的獲取、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)和應(yīng)用等方面發(fā)生重大的變革與演進(jìn)，其中的關(guān)鍵是使用量子物理系統(tǒng)發(fā)展量子信息科技，并最終將各地的量子節(jié)點(diǎn)通過(guò)量子糾纏互聯(lián)的方式連接起來(lái)，建成服務(wù)國(guó)家的量子互聯(lián)網(wǎng)。
如今，量子互聯(lián)網(wǎng)已成為各國(guó)“必爭(zhēng)之地”。2022年四川省政府工作報(bào)告中就明確，加強(qiáng)太赫茲通信技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、光電技術(shù)、量子互聯(lián)網(wǎng)、激光技術(shù)等領(lǐng)域引領(lǐng)性前沿技術(shù)攻關(guān)，爭(zhēng)取原創(chuàng)性突破。
電子科技大學(xué)的這支團(tuán)隊(duì)也在該領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。在學(xué)校雙聘院士郭光燦的帶領(lǐng)下，周強(qiáng)團(tuán)隊(duì)已成功研制出高性能量子糾纏光源、寬帶固態(tài)量子存儲(chǔ)器等原型器件，完成量子糾纏互聯(lián)場(chǎng)地研究平臺(tái)搭建。還首次實(shí)現(xiàn)赫茲速率的城域量子隱形傳態(tài)。
量子互聯(lián)網(wǎng)裝置演示圖
探秘科研“無(wú)人區(qū)”，催生更多科技“奇果異香”
今年以來(lái)，周強(qiáng)團(tuán)隊(duì)致力于讓這張“網(wǎng)”傳輸?shù)酶臁⒏h(yuǎn)，連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)更多。
要傳得更快，需要提高量子光源的質(zhì)量；傳得更遠(yuǎn)，需要在其中加入和通信設(shè)施兼容的量子中繼器。所謂量子中繼器，就像是旅途上的驛站，讓帶著量子態(tài)的光子可以“歇個(gè)腳”。這樣一來(lái)，理論上就可以擴(kuò)展到任意距離。
周強(qiáng)介紹，年內(nèi)有望完成實(shí)驗(yàn)室二期建設(shè)的驗(yàn)收。二期建設(shè)將在50公里的城市范圍內(nèi)建成多用戶間的量子糾纏互聯(lián)應(yīng)用示范網(wǎng)。在國(guó)家和省里科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，團(tuán)隊(duì)信心滿滿。
基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭。周強(qiáng)明確感受到，“近年來(lái)四川基礎(chǔ)研究的氛圍越來(lái)越好。”一方面，大家對(duì)量子互聯(lián)網(wǎng)這樣的前沿技術(shù)越發(fā)感興趣，2021年，實(shí)驗(yàn)室多了不少政、商、學(xué)界的來(lái)訪者；另一方面，團(tuán)隊(duì)的研究將被納入天府絳溪實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃范疇。今年，周強(qiáng)還積極為《四川省基礎(chǔ)研究十年行動(dòng)計(jì)劃》的制定建言獻(xiàn)策。
周強(qiáng)的直觀感受，來(lái)源于四川近年來(lái)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)力。進(jìn)入2022年，四川更是加速基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的布局。目前，省科技廳正梳理我省基礎(chǔ)研究?jī)?yōu)勢(shì)和短板，按照繼續(xù)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)、逐步補(bǔ)短板的思路，加快制定《四川省基礎(chǔ)研究十年行動(dòng)計(jì)劃》。
在基礎(chǔ)研究重大創(chuàng)新平臺(tái)方面，2022年將推進(jìn)天府興隆湖實(shí)驗(yàn)室、天府永興實(shí)驗(yàn)室高水平實(shí)體化運(yùn)行，揭牌啟動(dòng)天府錦城實(shí)驗(yàn)室、天府絳溪實(shí)驗(yàn)室；推進(jìn)在川國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重組優(yōu)化。
2月，省科技廳已公示《四川省自然科學(xué)基金項(xiàng)目管理辦法（征求意見(jiàn)稿）》，明確將整合現(xiàn)有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目，設(shè)立四川省自然科學(xué)基金。該基金將發(fā)揮“天使投資基金”的作用，對(duì)基礎(chǔ)研究持續(xù)支持，讓更多青年人才勇闖科研“無(wú)人區(qū)”，在四川催生出更多科技的“奇果異香”。
