CIOE中国光博会特别栏目：专访国盾量子副总裁、副总工程师唐世彪

CIOE中国光博会特别启动【觅光破局 ·2022】专题栏目,从人物专访的角度出发,聚焦光电行业“破局者”,从企业发展思维构建行业发展思维,助力中国光电行业破局突围。

本期我们邀请到国盾量子副总裁、副总工程师 唐世彪先生带来分享。

百余年前量子理论的出现,引发了第一次量子革命,催生出以计算机、手机、互联网为代表的现代信息技术。进入21世纪后,量子领域的新发现、新理论、新技术密集涌现,第二次量子革命来袭,包括量子通信、量子计算、量子测量在内的量子信息技术快速发展,已成为全球科技大国集中发力的新一轮科技革命和产业变革前沿阵地。当量子遇上光电,新型技术如何赋能经典业态?日前光博君采访到了国盾量子副总裁、副总工程师唐世彪,与他就相关话题进行采访。

唐世彪  国盾量子副总裁、副总工程师

〼中国科学技术大学 近代物理系 应用物理学学士、物理电子学博士

〼主持研制世界首条量子保密通信干线“京沪干线”核心产品

〼主持研制国内首批通过商密认证和检测的量子保密通信全系列产品

〼安徽省通信学会副理事长,庐州产业创新团队带头人

〼负责多项国家自然科学基金、省部级重大专项等课题

〼曾获安徽省专利金奖、中国发明协会发明创业创新奖一等奖等荣誉

〼在PRL、NPJ等权威期刊发表论文50余篇,作为发明人已有50余项量子信息领域专利获得授权,其中发明专利20余项(含3项国外发明专利)

Q 请简要介绍下国盾量子?

A 科大国盾量子技术股份有限公司(以下简称“国盾量子”)成立于2009年,是国内率先成立的量子科技公司和中国科学技术大学旗下成果转化平台,始终以“推动量子信息技术的产业化”为己任,从事量子保密通信产品和量子计算及测量仪器设备的研发、生产、销售及技术服务,是国家高新技术企业、国家专精特新“小巨人”企业。

经过十余年的发展,国盾量子已成长为全球领先的量子通信设备制造商和量子安全解决方案供应商,服务于世界首条千公里级别量子保密通信“京沪干线”、“国家广域量子保密通信网”等在内的骨干网和合肥、上海、北京等地城域网,为政务、金融、电力、工业互联网等领域的客户提供高等级量子安全保护。2021年,国盾量子参与“祖冲之号”超导量子计算优越性实验等前沿科技攻关,助力中国成为唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑的国家,为中国量子通信、量子计算从跟跑到领跑世界提供国盾力量。

国盾量子于2020年登陆上海证券交易所科创板(证券代码:688027),成为A股首家以量子科技为主营业务的上市公司。公司秉承“量子科技 产业报国”的理念,与中国电信集团、科大讯飞等建立战略合作关系,共同推动量子信息技术与通信、物联网、人工智能等领域的需求结合,为广泛的ICT技术赋能。

Q 量子信息技术和光电技术听起来是两个技术方向,作为一家量子企业,是什么原因让国盾量子开始自主研制光电产品?

A 量子信息领域的很多底层技术都是先进的光电技术。国盾量子不是转型或者最近才开始研制光电产品,而是在量子信息技术研究的主线上将一些已经比较成熟的光电技术做了产品转化,是响应市场需求的顺势而为。

量子信息技术研究的对象主要是微观世界,设计和操纵单个原子、电子和光子等。发展光量子调控技术和相关光电模块/产品,是国盾量子过去十多年发展量子保密通信业务的基础,是实现量子信息技术自主可控的必由之路。通过十多年的持续投入,我们逐步发展出业界领先的高速精密光源制备、高效率低噪声的近红外与可见光波段的探测、短波红外传感等精密光电调控技术,也积累了丰富的系统集成经验和技术优势。

发展光电产品的另一个原因是,我们在发展量子信息技术和推广应用的过程中,发现不少高校、科研院所和企业对国产化、高精度的光学器件、调制技术也有很大需求。比如,决定激光雷达性能的最关键因素是弱光电信号的探测能力,微弱大气后向散射信号的极限就是单光子,国盾量子在光电领域的积累可以助力大气激光雷达探测向人眼安全(1550nm波段)、弱光探测等方向发展。再如,基于光量子真空涨落机理的真随机数发生器,可以为密码行业提供输出高速超长的随机数序列;又如,色选机是基于物料颜色或形状差异,通过光电检测和图像处理手段实现物料分选和净化,其中对于高精度的传感器是强需求,但CCD/CMOS/InGaAs/X-RAY等传感器国产化程度不高,很多高端领域甚至依赖进口。

在科技强国、制造强国建设目标的大背景下,这几年,国盾量子把自研的光电器件和积累的技术经验进一步产品化、集成化,和激光雷达、激光测距、色选机等领域相关企业以及相关高校、科研院所共同进行了一系列的探索。例如,国盾量子推动了单光子探测器技术在大气激光雷达领域应用,实现近红外到中红外波段的量子探测技术与激光雷达集成光电技术的结合,使得客户的量子激光雷达产品实现人眼安全光源,在雨雾等非极端恶劣天气下仍可以实现大气颗粒物、大气成分含量等大气参数监测中的关键模组。

可以说,国盾量子发展光电产品既是迎接当前中国光电产品进一步转型升级带来的市场需求,也是为相关行业的技术自主可控发展尽一份力。

Q 请简要介绍下国盾量子在光电产品方向上竞争优势及布局?

A 国盾量子一直在打磨光电方向相关的技术产品。比如说,在调制技术上,相比传统的光电调制技术,如强度调制、频率调制和相位调制等,我们可以对单个光子的偏振和相位等特性进行调制,可以更精密、准确,充分发挥光的粒子特性;在探测领域,目前传统的光电探测器只能对很多光子形成的强光进行探测,而国盾量子可实现对单个光子进行探测,从而可以实现更远距离的探测,同时可以降低对光源的性能需求;在光源领域,国盾量子可实现对光的全方位的操控,强度上可实现单光子和高功率光源;时域上可实现纳秒、皮秒和飞秒光源;频率上可现实频率超稳定的光频梳光源。

我们的光电产业布局主要集中在光源、探测、量子随机数发生器以及实验教学系统四个方向:

1.光源方向,在时域上涵盖了纳秒、皮秒和飞秒光源;在发光模式上涵盖了连续光和脉冲光;

2.探测方向,既有单光子探测器也有线阵和面阵的光电传感器;在探测波段也上涵盖了可见光和近红外光波段;

3.量子随机数发生器方向,为适应不同的应用场景,量子随机数发生器产品主要体现在设备形态上多样化布局,涵盖了模块和芯片;

4.教学系统方向,2021年,教育部正式将量子信息科学列入普通高等学校本科专业目录,国盾量子提前布局的教学仪器产品,涵盖了光子干涉实验系统、量子成像实验系统、基于不同晶体的纠缠源实验系统以及量子密钥分发协议实验系统,服务于人才培养和教育。

Q 请介绍下国盾量子光电类产品的主要应用场景?

A 光电技术在科研、医疗、军事、农业等各领域都扮演着重要角色,如俄乌战争中的光电武器、环境监测中的颗粒物监测雷达、智慧城市中的激光雷达、自动驾驶中使用的激光测距,谷物筛选中的大米色选机,眼科的OCT检查等等。国盾量子的相关产品主要还是依托于公司的核心光电技术,发挥在高速精密光源制备、高效率低噪声的近红外与可见光波段的探测等精密光电调控能力,提高色选、激光雷达等相关行业的产品性能、降低成本等。

比较典型的应用场景包括:长脉冲单频光纤激光器、近红外雪崩光电探测器、近红外自由运行单光子探测器在大气激光雷达中的应用;近红外线阵传感器在谷物、蔬果等农作物色选机行业中的应用;量子随机数发生器在密码领域的应用;飞秒激光频率梳在天文测量和空间科学等领域的应用。

此外,教学实验系统主要面向高校、科硏单位,帮助学生掌握量子相关光学、通信协议等原理,在此基础上开展科硏实验等,助力科研人才培养和发展。

Q 量子信息技术和光电技术的发展能否相互促进?

A 光电技术、量子信息技术都是重要的底层技术,不断改变世界面貌,成为经济社会跨越发展的基石和动力。现阶段的量子信息技术,例如光量子调制、单光子探测等核心技术,主要手段都离不开光电技术,未来将重点发展的光量子芯片,也必须在现有的光电集成技术平台上继承发展,不会另辟蹊径,所以光电技术对量子技术肯定是有促进的,特别是支撑性的促进;另一方面,量子信息技术发展的一些新方法、新手段,比如单光子的制备和探测、远程相干性保持等,也是光电技术领域的前沿能力,所以量子信息技术可以从牵引、新能力引入的角度促进光电技术的发展。

从产业和应用的角度看,我们相信在“量子+光学”融合发展的过程中,量子信息技术会进一步赋能经典光电应用,协助传统产业转型升级;经典光电技术也会在应用中进一步促进量子信息技术的工程化、可靠性等,推进量子信息研究和产业发展,激发出新材料、新工艺、新器件、新机理、新方法,形成互相促进、良性循环的局面。

Q 请简要介绍下国盾量子在光电产业方向上的未来规划及目标?

A 国盾量子一直在推动量子信息产业化的途中紧抓“沿途下蛋”的机遇,践行“量子科技产业报国”的理念,不断将前沿科技转化为实用化产品。今年初,我们正式成立了光电产品团队,推出了自由运行单光子探测器、近红外线阵传感器、飞秒激光频梳、长脉冲单频光纤激光器等产品,后续将逐步推进多品类、多品种、多系列的产品布局。

国盾量子将继续依托中国科学技术大学等顶尖科研团队,充分发挥自身的产业化经验,加强与光电行业深度的融合,赋能传统行业,协助经典光电产品提升性能,助推光电行业进入国产化、人眼安全、不可见光和弱光探测的时代,更好地服务国家和社会的需求。

审核编辑 黄昊宇