中國科學(xué)報(bào)記者 胡珉琦
近日，量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號”再度刷新了光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄——處理高斯玻色取樣的速度比目前全球最快的超級計(jì)算機(jī)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(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉院士團(tuán)隊(duì)深度綁定。
他就是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）研究員尤立星，一個(gè)被潘建偉稱為國內(nèi)超導(dǎo)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(xué)與Elsevier聯(lián)合發(fā)布的第六版《年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單》。今年7月，他還因在“超導(dǎo)電子學(xué)和量子信息處理”領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，獲得歐洲應(yīng)用超導(dǎo)學(xué)會（ESAS）頒發(fā)的應(yīng)用超導(dǎo)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)項(xiàng)全球每兩年評選1次，每次僅評選1位科學(xué)家。
在國內(nèi)，將高端科研儀器做到國際頂尖的科學(xué)家是“稀缺品”。過去15年，尤立星一直致力于國產(chǎn)超導(dǎo)電子器件與應(yīng)用成果的研發(fā)和轉(zhuǎn)化。他說，他所追逐的并非超導(dǎo)“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(jì)算機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”。盡管其一度引發(fā)爭議，但在當(dāng)時(shí)著實(shí)刺激了量子圈。
幾天后，尤立星就接到了老搭檔、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)成員陸朝陽教授的“任務(wù)”——希望他在5個(gè)月內(nèi)提供100個(gè)高性能SSPD，加速“九章”光量子計(jì)算原型機(jī)的研發(fā)。
尤立星團(tuán)隊(duì)從事的是用超導(dǎo)技術(shù)來做單光子探測器，服務(wù)于整個(gè)光量子信息領(lǐng)域，無論是量子通信還是光量子計(jì)算領(lǐng)域，都與潘建偉團(tuán)隊(duì)保持著密切的合作。
“九章”是以光作為媒介實(shí)現(xiàn)計(jì)算的，而光的量子極限就是單個(gè)光子。單光子探測器就是量子極限靈敏度的光測量設(shè)備，可以探測單個(gè)光子。要是沒有這個(gè)探測器，用光傳遞量子信息就不可能實(shí)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(wù)無異。
對于光量子探測芯片，在實(shí)驗(yàn)室完成樣品到實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，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(xué)家的研究思維和產(chǎn)業(yè)界的產(chǎn)品思維截然不同?！庇攘⑿钦f，前者想的是怎么在實(shí)驗(yàn)室把一個(gè)芯片從0到1做出來，同時(shí)，競爭對手追求的是如何進(jìn)一步提升單個(gè)樣品的探測效率；而后者考慮的是如何從1到100實(shí)現(xiàn)工程化，不僅要實(shí)現(xiàn)較高的成品率，還要對用戶友好，能解決客戶的實(shí)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(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵器件，其國外封鎖從始至終。早在2013年，國外實(shí)驗(yàn)室SSPD的最高系統(tǒng)探測效率已經(jīng)達(dá)到90%，但進(jìn)口到中國的產(chǎn)品遠(yuǎn)不及這一水平。
國內(nèi)單光子探測器研發(fā)起步稍晚，同時(shí)期，尤立星團(tuán)隊(duì)能達(dá)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(shí)是尤立星“自找”的。
超導(dǎo)研究存在一個(gè)工作溫度的問題，選擇不同的材料做探測器，將會對應(yīng)不同的工作溫度?！爱?dāng)時(shí)有一種熱門材料叫硅化鎢，它比較容易實(shí)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(jī)來維持環(huán)境溫度?！?
尤立星則反其道而行之，他堅(jiān)持了一條較高工作溫度材料的研究路徑，大大降低了應(yīng)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(dá)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(xì)化要求更加苛刻。
于是，當(dāng)其他研究團(tuán)隊(duì)不惜一切代價(jià)追求在更低的工作溫度下獲得更高的探測效率時(shí)，尤立星卻堅(jiān)持用盡可能低的成本，默默打磨工藝技術(shù)。
直到2017年，尤立星團(tuán)隊(duì)首次利用NbN材料研制SSPD創(chuàng)造了系統(tǒng)探測效率達(dá)92%的世界紀(jì)錄，競爭局面開始逆轉(zhuǎn)。在達(dá)到同等系統(tǒng)探測效率的情況下，SSPD成本更低、更好用，應(yīng)用空間也更大。
也是從那時(shí)起，尤立星開始了SSPD的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，創(chuàng)立了賦同量子科技。除了探測效率，他還關(guān)心產(chǎn)品的成品率，以及不同應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)支持和迭代的問題。
“許多學(xué)術(shù)研究的套路，就是通過不斷刷新指標(biāo)來積累論文，或者換一種材料發(fā)一篇論文?！庇攘⑿翘寡裕瑔渭儚目蒲薪嵌瘸霭l(fā)，選什么材料不重要，追求極致最重要?！暗谱骺蒲袃x器這還不夠，它的最終目的是有用且好用?！?
因此，當(dāng)潘建偉給出了那個(gè)幾乎不可能完成的任務(wù)時(shí)，尤立星團(tuán)隊(duì)才能憑借相對穩(wěn)定的成品率，用最短時(shí)間測試并篩選出符合需求的批量化探測器。其間，他的團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了NbN材料SSPD在光通信波段98%的系統(tǒng)探測效率，并將這一世界紀(jì)錄保持至今。
尤立星告訴《中國科學(xué)報(bào)》，他在最“頂尖”的論文中都不是擔(dān)當(dāng)?shù)谝蛔髡呋蚴峭ㄓ嵶髡?，他在其中更像是一名支撐者的角色，幫助中國量子領(lǐng)域的諸多科研團(tuán)隊(duì)解決實(shí)驗(yàn)科學(xué)問題，這才是他的價(jià)值所在。
尤立星。受訪者供圖
管理高手
高端科研儀器的研發(fā)通常需要多學(xué)科交叉融合才能完成，尤立星特殊的學(xué)術(shù)背景起到了關(guān)鍵作用。
2003年，從南京大學(xué)博士畢業(yè)的尤立星開始了海外的博士后研究生涯。4年里，他從瑞典查爾姆斯理工大學(xué)輾轉(zhuǎn)荷蘭特文特大學(xué)，再到美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST），在哪兒都不安分。他笑言，自己的博士后時(shí)光是在“游學(xué)”中度過的。
尤立星本有機(jī)會繼續(xù)留在美國，“但跟著國外老板干，總有一種打工人的感覺”。2007年，他選擇“回家”。
當(dāng)時(shí)，上海微系統(tǒng)所正計(jì)劃啟動(dòng)超導(dǎo)單光子探測方向的研究，這和尤立星的研究領(lǐng)域比較契合。于是，他白手起家，建團(tuán)隊(duì)、搭平臺。
“雖然那些年我一直圍繞超導(dǎo)電子學(xué)做研究，但并未涉足SSPD的具體研究。在瑞典，我更關(guān)注基礎(chǔ)研究，內(nèi)容與高溫超導(dǎo)約瑟夫遜結(jié)器件有關(guān)；到了荷蘭，接觸的是磁探測相關(guān)研究；到了美國，又轉(zhuǎn)向太赫茲探測有關(guān)研究?！?
然而，正是這段不夠“專注”的科研經(jīng)歷讓他有了豐富的知識儲備，也更容易接受新鮮事物，很適合做交叉學(xué)科研究。他能迅速把握單光子探測器從無到有的技術(shù)鏈條到底需要什么。
SSPD系統(tǒng)包含了芯片、制冷、光學(xué)和電子學(xué)系統(tǒng)四大部分。“沒有人能在所有方向都做到頂尖，我只需在各個(gè)環(huán)節(jié)找到擅長的研究人員或利用已有的成熟技術(shù)，最終合力把與儀器有關(guān)的科學(xué)問題解決好。這才是儀器研發(fā)的根本思路”。
尤立星在組建團(tuán)隊(duì)時(shí)非常注重成員的不同背景方向，有做器件物理的、有做光學(xué)的、有做低溫的……“我們團(tuán)隊(duì)的最大特點(diǎn)就是交叉程度非常高。”尤立星提到，這樣的團(tuán)隊(duì)組合到了產(chǎn)業(yè)化階段，在解決用戶不同環(huán)節(jié)的問題需求時(shí)能發(fā)揮奇效。
在賦同量子科技高管張成俊博士心里，導(dǎo)師尤立星最突出的個(gè)人能力也許不是科研能力，而是管理能力。
“要讓一臺實(shí)驗(yàn)室儀器變成一個(gè)市場化產(chǎn)品，光靠一個(gè)人戰(zhàn)斗必輸無疑?！睆埑煽≌f，“尤老師有一種魔力，從不給我們下績效指標(biāo)，但總能成功激起我們的內(nèi)生動(dòng)力?！?
尤立星則笑著回應(yīng)，自己非常擅長壓力傳導(dǎo)，他曾把潘建偉的微信一字不落傳達(dá)給每一位團(tuán)隊(duì)成員。這不僅是壓力共擔(dān)，也是使命和榮譽(yù)共擔(dān)。
張成俊還提到，在尤立星的引導(dǎo)下，企業(yè)團(tuán)隊(duì)形成了一種獨(dú)特的文化。從研發(fā)到生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的員工都要走進(jìn)產(chǎn)品的應(yīng)用場景中，到高校、科研院所、高技術(shù)企業(yè)的實(shí)驗(yàn)平臺，與那些一流學(xué)者、專業(yè)技術(shù)人員交流、向他們學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己的不足。
公司還會定期把客戶使用產(chǎn)品后取得的科研成果介紹給員工，把他們的個(gè)人勞動(dòng)和重要的科研產(chǎn)出以及取得的社會效益聯(lián)結(jié)起來。
“在高端科研儀器這個(gè)嚴(yán)重‘卡脖子’領(lǐng)域，沒有使命感，我們‘活’不到現(xiàn)在。”張成俊認(rèn)為，這些正反饋對團(tuán)隊(duì)而言十分重要，它會增強(qiáng)每一位員工的精神力量。
2016年至今，尤立星團(tuán)隊(duì)每年都獲得中國科學(xué)院大學(xué)教育基金會資助的上海微系統(tǒng)所“新微之光”獎(jiǎng)?！斑@是對整個(gè)SSPD研發(fā)團(tuán)隊(duì)工作的肯定，也是對我們這種團(tuán)隊(duì)協(xié)作、交叉合作科研模式的認(rèn)可?！?
“消失”的銷售
無論何時(shí)，高端科研儀器賽道的應(yīng)用面都比較窄，且賦同量子科技的產(chǎn)品售價(jià)也與進(jìn)口產(chǎn)品持平。但讓尤立星自豪的是，他們與國際上其他5家企業(yè)在中國市場競爭中遙遙領(lǐng)先，國內(nèi)市場占有率近80%。
尤立星說，企業(yè)目前的商業(yè)模式比較特別，由于量子技術(shù)的發(fā)展非常迅速，用戶需求也在不停更新，因此，賦同量子科技提供的既不是完全成熟的固定型號產(chǎn)品，也不是完全定制化的產(chǎn)品，其中定制部分占50%。而這種模式最考驗(yàn)產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)的服務(wù)能力。
“科研儀器研發(fā)的最大阻礙就是走不出實(shí)驗(yàn)室，與客戶需求脫節(jié)?！庇攘⑿侵毖?，實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品的研制、測量是在精細(xì)、可控的環(huán)境下完成的，一旦進(jìn)入應(yīng)用場景，就會出現(xiàn)許多復(fù)雜的影響因素，工作環(huán)境變了，產(chǎn)品的適配度就會下降。
而尤立星的產(chǎn)品策略是，始終把和應(yīng)用端科研人員的配合放在第一位?！拔覀儠褜?shí)驗(yàn)室階段還不太成熟的儀器拿到用戶實(shí)驗(yàn)室做測試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并作出調(diào)整?！?
“我們的團(tuán)隊(duì)里沒有銷售的概念，每位員工的定位都是科學(xué)家的合作伙伴。我們用專業(yè)的語言和專業(yè)的用戶對話，回應(yīng)他們的每一項(xiàng)專業(yè)需求，從而贏得他們的信任?！闭沁@種務(wù)實(shí)的理念，顛覆了很多用戶對于國產(chǎn)科研儀器“便宜不好用”的看法。
2022年3月，賦同量子科技走出國門，成功拿下首個(gè)歐洲訂單；同年7月，其位于意大利那不勒斯的“歐洲D(zhuǎn)emo中心”正式啟用，主要是為承接歐洲用戶的試用、科研合作服務(wù)；同年8月，尤立星牽頭制定的全球首個(gè)單光子探測器國際標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)國際電工委員會（IEC）批準(zhǔn)正式發(fā)布，這也是我國牽頭制定的首個(gè)超導(dǎo)電子學(xué)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)。
高端科研儀器一直是重要的國際競爭領(lǐng)域，在量子技術(shù)這個(gè)中國科學(xué)家有望取得優(yōu)勢的“科技制高點(diǎn)”，尤立星呼吁科學(xué)界支持并優(yōu)先使用國產(chǎn)高端科研儀器。
