CIOE中國光博會特別啟動【覓光破局 ·2022】專題欄目,從人物專訪的角度出發,聚焦光電行業“破局者”,從企業發展思維構建行業發展思維,助力中國光電行業破局突圍。

本期我們邀請到國盾量子副總裁、副總工程師 唐世彪先生帶來分享。

百余年前量子理論的出現,引發了第一次量子革命,催生出以計算機、手機、互聯網為代表的現代信息技術。進入21世紀后,量子領域的新發現、新理論、新技術密集涌現,第二次量子革命來襲,包括量子通信、量子計算、量子測量在內的量子信息技術快速發展,已成為全球科技大國集中發力的新一輪科技革命和產業變革前沿陣地。當量子遇上光電,新型技術如何賦能經典業態?日前光博君采訪到了國盾量子副總裁、副總工程師唐世彪,與他就相關話題進行采訪。

唐世彪 國盾量子副總裁、副總工程師

?中國科學技術大學 近代物理系 應用物理學學士、物理電子學博士

?主持研制世界首條量子保密通信干線“京滬干線”核心產品

?主持研制國內首批通過商密認證和檢測的量子保密通信全系列產品

?安徽省通信學會副理事長,廬州產業創新團隊帶頭人

?負責多項國家自然科學基金、省部級重大專項等課題

?曾獲安徽省專利金獎、中國發明協會發明創業創新獎一等獎等榮譽

?在PRL、NPJ等權威期刊發表論文50余篇,作為發明人已有50余項量子信息領域專利獲得授權,其中發明專利20余項(含3項國外發明專利)

Q請簡要介紹下國盾量子?

A科大國盾量子技術股份有限公司(以下簡稱“國盾量子”)成立于2009年,是國內率先成立的量子科技公司和中國科學技術大學旗下成果轉化平臺,始終以“推動量子信息技術的產業化”為己任,從事量子保密通信產品和量子計算及測量儀器設備的研發、生產、銷售及技術服務,是國家高新技術企業、國家專精特新“小巨人”企業。

經過十余年的發展,國盾量子已成長為全球領先的量子通信設備制造商和量子安全解決方案供應商,服務于世界首條千公里級別量子保密通信“京滬干線”、“國家廣域量子保密通信網”等在內的骨干網和合肥、上海、北京等地城域網,為政務、金融、電力、工業互聯網等領域的客戶提供高等級量子安全保護。2021年,國盾量子參與“祖沖之號”超導量子計算優越性實驗等前沿科技攻關,助力中國成為唯一在兩條技術路線上達到“量子優越性”里程碑的國家,為中國量子通信、量子計算從跟跑到領跑世界提供國盾力量。

國盾量子于2020年登陸上海證券交易所科創板(證券代碼:688027),成為A股首家以量子科技為主營業務的上市公司。公司秉承“量子科技 產業報國”的理念,與中國電信集團、科大訊飛等建立戰略合作關系,共同推動量子信息技術與通信、物聯網、人工智能等領域的需求結合,為廣泛的ICT技術賦能。

Q量子信息技術和光電技術聽起來是兩個技術方向,作為一家量子企業,是什么原因讓國盾量子開始自主研制光電產品?

A量子信息領域的很多底層技術都是先進的光電技術。國盾量子不是轉型或者最近才開始研制光電產品,而是在量子信息技術研究的主線上將一些已經比較成熟的光電技術做了產品轉化,是響應市場需求的順勢而為。

量子信息技術研究的對象主要是微觀世界,設計和操縱單個原子、電子和光子等。發展光量子調控技術和相關光電模塊/產品,是國盾量子過去十多年發展量子保密通信業務的基礎,是實現量子信息技術自主可控的必由之路。通過十多年的持續投入,我們逐步發展出業界領先的高速精密光源制備、高效率低噪聲的近紅外與可見光波段的探測、短波紅外傳感等精密光電調控技術,也積累了豐富的系統集成經驗和技術優勢。

發展光電產品的另一個原因是,我們在發展量子信息技術和推廣應用的過程中,發現不少高校、科研院所和企業對國產化、高精度的光學器件、調制技術也有很大需求。比如,決定激光雷達性能的最關鍵因素是弱光電信號的探測能力,微弱大氣后向散射信號的極限就是單光子,國盾量子在光電領域的積累可以助力大氣激光雷達探測向人眼安全(1550nm波段)、弱光探測等方向發展。再如,基于光量子真空漲落機理的真隨機數發生器,可以為密碼行業提供輸出高速超長的隨機數序列;又如,色選機是基于物料顏色或形狀差異,通過光電檢測和圖像處理手段實現物料分選和凈化,其中對于高精度的傳感器是強需求,但CCD/CMOS/InGaAs/X-RAY等傳感器國產化程度不高,很多高端領域甚至依賴進口。

在科技強國、制造強國建設目標的大背景下,這幾年,國盾量子把自研的光電器件和積累的技術經驗進一步產品化、集成化,和激光雷達、激光測距、色選機等領域相關企業以及相關高校、科研院所共同進行了一系列的探索。例如,國盾量子推動了單光子探測器技術在大氣激光雷達領域應用,實現近紅外到中紅外波段的量子探測技術與激光雷達集成光電技術的結合,使得客戶的量子激光雷達產品實現人眼安全光源,在雨霧等非極端惡劣天氣下仍可以實現大氣顆粒物、大氣成分含量等大氣參數監測中的關鍵模組。

可以說,國盾量子發展光電產品既是迎接當前中國光電產品進一步轉型升級帶來的市場需求,也是為相關行業的技術自主可控發展盡一份力。

Q請簡要介紹下國盾量子在光電產品方向上競爭優勢及布局?

A國盾量子一直在打磨光電方向相關的技術產品。比如說,在調制技術上,相比傳統的光電調制技術,如強度調制、頻率調制和相位調制等,我們可以對單個光子的偏振和相位等特性進行調制,可以更精密、準確,充分發揮光的粒子特性;在探測領域,目前傳統的光電探測器只能對很多光子形成的強光進行探測,而國盾量子可實現對單個光子進行探測,從而可以實現更遠距離的探測,同時可以降低對光源的性能需求;在光源領域,國盾量子可實現對光的全方位的操控,強度上可實現單光子和高功率光源;時域上可實現納秒、皮秒和飛秒光源;頻率上可現實頻率超穩定的光頻梳光源。

我們的光電產業布局主要集中在光源、探測、量子隨機數發生器以及實驗教學系統四個方向:

1.光源方向,在時域上涵蓋了納秒、皮秒和飛秒光源;在發光模式上涵蓋了連續光和脈沖光;

2.探測方向,既有單光子探測器也有線陣和面陣的光電傳感器;在探測波段也上涵蓋了可見光和近紅外光波段;

3.量子隨機數發生器方向,為適應不同的應用場景,量子隨機數發生器產品主要體現在設備形態上多樣化布局,涵蓋了模塊和芯片;

4.教學系統方向,2021年,教育部正式將量子信息科學列入普通高等學校本科專業目錄,國盾量子提前布局的教學儀器產品,涵蓋了光子干涉實驗系統、量子成像實驗系統、基于不同晶體的糾纏源實驗系統以及量子密鑰分發協議實驗系統,服務于人才培養和教育。

Q請介紹下國盾量子光電類產品的主要應用場景?

A光電技術在科研、醫療、軍事、農業等各領域都扮演著重要角色,如俄烏戰爭中的光電武器、環境監測中的顆粒物監測雷達、智慧城市中的激光雷達、自動駕駛中使用的激光測距,谷物篩選中的大米色選機,眼科的OCT檢查等等。國盾量子的相關產品主要還是依托于公司的核心光電技術,發揮在高速精密光源制備、高效率低噪聲的近紅外與可見光波段的探測等精密光電調控能力,提高色選、激光雷達等相關行業的產品性能、降低成本等。

比較典型的應用場景包括:長脈沖單頻光纖激光器、近紅外雪崩光電探測器、近紅外自由運行單光子探測器在大氣激光雷達中的應用;近紅外線陣傳感器在谷物、蔬果等農作物色選機行業中的應用;量子隨機數發生器在密碼領域的應用;飛秒激光頻率梳在天文測量和空間科學等領域的應用。

此外,教學實驗系統主要面向高校、科硏單位,幫助學生掌握量子相關光學、通信協議等原理,在此基礎上開展科硏實驗等,助力科研人才培養和發展。

Q量子信息技術和光電技術的發展能否相互促進?

A光電技術、量子信息技術都是重要的底層技術,不斷改變世界面貌,成為經濟社會跨越發展的基石和動力。現階段的量子信息技術,例如光量子調制、單光子探測等核心技術,主要手段都離不開光電技術,未來將重點發展的光量子芯片,也必須在現有的光電集成技術平臺上繼承發展,不會另辟蹊徑,所以光電技術對量子技術肯定是有促進的,特別是支撐性的促進;另一方面,量子信息技術發展的一些新方法、新手段,比如單光子的制備和探測、遠程相干性保持等,也是光電技術領域的前沿能力,所以量子信息技術可以從牽引、新能力引入的角度促進光電技術的發展。

從產業和應用的角度看,我們相信在“量子+光學”融合發展的過程中,量子信息技術會進一步賦能經典光電應用,協助傳統產業轉型升級;經典光電技術也會在應用中進一步促進量子信息技術的工程化、可靠性等,推進量子信息研究和產業發展,激發出新材料、新工藝、新器件、新機理、新方法,形成互相促進、良性循環的局面。

Q請簡要介紹下國盾量子在光電產業方向上的未來規劃及目標?

A國盾量子一直在推動量子信息產業化的途中緊抓“沿途下蛋”的機遇,踐行“量子科技產業報國”的理念,不斷將前沿科技轉化為實用化產品。今年初,我們正式成立了光電產品團隊,推出了自由運行單光子探測器、近紅外線陣傳感器、飛秒激光頻梳、長脈沖單頻光纖激光器等產品,后續將逐步推進多品類、多品種、多系列的產品布局。

國盾量子將繼續依托中國科學技術大學等頂尖科研團隊,充分發揮自身的產業化經驗,加強與光電行業深度的融合,賦能傳統行業,協助經典光電產品提升性能,助推光電行業進入國產化、人眼安全、不可見光和弱光探測的時代,更好地服務國家和社會的需求。

審核編輯 黃昊宇