中國科學報記者 胡珉琦

近日，量子計算原型機“九章三號”再度刷新了光量子信息技術世界紀錄——處理高斯玻色取樣的速度比目前全球最快的超級計算機快一億億倍！

“九章”背后有一位默默無聞的功臣。他雖然不被大眾所熟知，但其名字一直和中國科學技術大學中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉院士團隊深度綁定。

他就是中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）研究員尤立星，一個被潘建偉稱為國內(nèi)超導單光子探測器（SSPD）“頂梁柱”的人。

不久前，尤立星入選美國斯坦福大學與Elsevier聯(lián)合發(fā)布的第六版《年度全球前2%頂尖科學家榜單》。今年7月，他還因在“超導電子學和量子信息處理”領域的突出貢獻，獲得歐洲應用超導學會（ESAS）頒發(fā)的應用超導杰出貢獻獎。該獎項全球每兩年評選1次，每次僅評選1位科學家。

在國內(nèi)，將高端科研儀器做到國際頂尖的科學家是“稀缺品”。過去15年，尤立星一直致力于國產(chǎn)超導電子器件與應用成果的研發(fā)和轉化。他說，他所追逐的并非超導“極限”競賽。

背后的人

2019年10月，谷歌在《自然》發(fā)表論文，稱其量子計算機已經(jīng)實現(xiàn)了“量子霸權”。盡管其一度引發(fā)爭議，但在當時著實刺激了量子圈。

幾天后，尤立星就接到了老搭檔、中國科學技術大學潘建偉團隊成員陸朝陽教授的“任務”——希望他在5個月內(nèi)提供100個高性能SSPD，加速“九章”光量子計算原型機的研發(fā)。

尤立星團隊從事的是用超導技術來做單光子探測器，服務于整個光量子信息領域，無論是量子通信還是光量子計算領域，都與潘建偉團隊保持著密切的合作。

“九章”是以光作為媒介實現(xiàn)計算的，而光的量子極限就是單個光子。單光子探測器就是量子極限靈敏度的光測量設備，可以探測單個光子。要是沒有這個探測器，用光傳遞量子信息就不可能實現(xiàn)。

“……需求緊急，請以最高優(yōu)先級保障，拜托！”潘建偉的微信緊隨其后，足見該探測器有多重要。

但只有尤立星自己清楚，這樣的需求和極限任務無異。

對于光量子探測芯片，在實驗室完成樣品到實現(xiàn)批量供應，還要保證較高的平均探測效率，難度升級是指數(shù)級的。

“科學家的研究思維和產(chǎn)業(yè)界的產(chǎn)品思維截然不同。”尤立星說，前者想的是怎么在實驗室把一個芯片從0到1做出來，同時，競爭對手追求的是如何進一步提升單個樣品的探測效率；而后者考慮的是如何從1到100實現(xiàn)工程化，不僅要實現(xiàn)較高的成品率，還要對用戶友好，能解決客戶的實際問題。

尤立星的與眾不同是他從0開始的那一刻起，就已經(jīng)想到了1到100的過程。

作為光量子信息領域的一個關鍵器件，其國外封鎖從始至終。早在2013年，國外實驗室SSPD的最高系統(tǒng)探測效率已經(jīng)達到90%，但進口到中國的產(chǎn)品遠不及這一水平。

國內(nèi)單光子探測器研發(fā)起步稍晚，同時期，尤立星團隊能達到的最高探測效率只有70%多，且一度停滯不前。之所以出現(xiàn)這樣的困境，其實是尤立星“自找”的。

超導研究存在一個工作溫度的問題，選擇不同的材料做探測器，將會對應不同的工作溫度?！爱敃r有一種熱門材料叫硅化鎢，它比較容易實現(xiàn)很高的探測效率，但條件是工作溫度極低，這意味著需要用昂貴的制冷機來維持環(huán)境溫度?！?

尤立星則反其道而行之，他堅持了一條較高工作溫度材料的研究路徑，大大降低了應用成本，也讓用戶使用更加友好。這種材料叫氮化鈮（NbN），但NbN要達到與硅化鎢同樣的探測效率，對材料本身和納米線加工工藝的精細化要求更加苛刻。

于是，當其他研究團隊不惜一切代價追求在更低的工作溫度下獲得更高的探測效率時，尤立星卻堅持用盡可能低的成本，默默打磨工藝技術。

直到2017年，尤立星團隊首次利用NbN材料研制SSPD創(chuàng)造了系統(tǒng)探測效率達92%的世界紀錄，競爭局面開始逆轉。在達到同等系統(tǒng)探測效率的情況下，SSPD成本更低、更好用，應用空間也更大。