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追光者 | 尤立星：为九章做探测器，破除禁运，把“命门”掌握在自己手中

光电汇OESHOW

2022-04-14

导读：从0到国内市占率80%

导语

十年磨一剑，霜刃未曾试。中科院上海微系统所研究员尤立星，十五年时间在超导单光子探测领域不断探索，从零开始，一步步实现弯道超车，为我国量子信息领域解决了核心元器件的“卡脖子”问题，证明了这把“霜刃”的锋利。今天，我们一起来看看为“九章”做探测器而“一战成名”的尤立星，是如何“追光”的。

尤立星中科院上海微系统所研究员

祖国是归属感的来源

1993年，17岁的尤立星进入了南京大学，这么一呆就是10年。刚进入大学，尤立星没有什么特别的想法，在基础学科教学强化班学习偏基础的物理方向。直到本科毕业推免之际，尤立星更感兴趣应用方面的知识，于是读研的时候选择了无线电物理专业，研究超导电子学。“虽然本科和硕士同属于一个大的物理专业，但读研更偏向于应用。”为了获取更前沿的知识，了解国际上超导电子学的研究新进展，尤立星读硕期间在日本东北大学进修一年，随后回到南京大学师从吴培亨院士继续读博。

博士毕业后，尤立星先后在瑞典Chalmers技术大学、荷兰Twente大学和美国NIST和加州大学伯克利分校等单位研修，相比一般出国留学的研究者而言，尤立星却笑言自己是“游学”状态，因为并没有在某个地方认认真真很扎实地瞄准一个方向做科学研究，而是在不同的地方开展不同方向的学习和研究。

四、五年的国外游学经历却让他在不经意间了解到了超导单光子探测（SSPD）技术的先进性和对国家战略的重要意义，也让他明确了今后的发展方向。2007年，尤立星选择回国开启这一项全新的工作。

谈及回国的初衷，他提到，“在国外薪酬确实优厚，只不过我不喜欢那种比较“安逸”的生活，另外在国外做事情就像浮萍一样永远没有归属感，长期以往也缺乏成就感。”对于一名科研工作者来说，报效祖国也是一种使命，回到祖国并在自己的研究领域有所建树，才能给予自己更大的成就感和认同感。

把“命门”掌握在自己手中，为“九章”做探测器

量子信息技术既是当今的前沿热点技术，是下一代信息技术中的弄潮儿，也是未来国家间科技实力竞争的核心主战场之一。高性能单光子探测器是量子调控中不可或缺的关键核心部件，也曾在国际禁运之列。在还没有自主掌握SSPD核心技术之前，我国进行量子通信试验所使用的单光子探测器，效率只有20%，且噪声极大，与国际最高水平相差甚远。2007年，尤立星作为“特招生”被引进中科院上海微系统所，开展超导单光子探测研究工作，现为国家重点研发计划“高性能单光子探测技术”项目负责人。

为了缩短我国量子信息领域科学家与国外同行差距，尤立星誓要解决核心元器件国产化的问题。组建团队、筹措经费、申请项目、科研攻关、获取用户的认可......没有任何基础，一切都只能从零开始。

科研成果不是一蹴而就，更不可能一帆风顺。尤立星介绍到，单光子探测器的研发是一个非常复杂的系统工程，从薄膜生长、微纳加工、测试再到系统集成，每样都需要做到极致。“从零开始探索，到真正能够给用户提供使用产品，我们差不多花了十年时间。前五年打通整个产品研发流程，后五年获取用户信任度。”单光子探测设备作为一种高端的科研装备，面临的最大问题是用户的认可和信任。

“我们的用户大都是高校和研究所的高级研究人员和教授，他们更相信国外的产品，如何打破他们固有的思维，获取他们的认可是做好科研成果之外的另外一个非常大的挑战。”同是科研人，尤立星以自己的学术声誉作赌注，满足大量科研人对超导单光子探测技术的需求，最终让“挑剔”的科学家们真正接受了国产高端科研装备。

“中科大潘建伟团队构建的量子计算原型机‘九章’，其中一百多个探测器就是用我们的，国外能提供的并不比我们好。”尤立星很自信的说。“早在2011年我们就已经和中科大达成了合作，目前已经和潘建伟院士的团队合作了十年。而在2019年底，谷歌称已实现‘量子称霸’，在此之前中国也已开始大力推进量子计算研发，但当时遇到的一个瓶颈就是单光子探测技术。所以，当时潘院士要求我用5个月时间提供100个高性能探测器。这已经不是简单的研发工作，而是完全的工程化开发。”

这在当时国内外来说提供少量探测器是可以的，但短时将内提供100个器件且还要保证高探测效率；再加上当时2020年初新冠疫情的爆发，其中的难度可以想象。

虽然有难度、有压力，但尤立星没有犹豫，坚定团队一定能把这个事情做成，因为这代表了我们国家的科研竞争力。

这项工作涉及到疫情最严重时期三个地区的沟通交接，上海做器件，浙江嘉善做测试组装，最后到安徽合肥做九章的实验。但当时的情况是，没有特殊审批回不了实验室，各省之间的交通出现完全割裂状态，所以疫情期，最大的挑战是如何正常开展工作，如何将东西运送到各地。

尤立星笑着说，“当时我们的状态就跟‘地下党’接头一样，我们把东西运送到各省边界，人不能跨过去，再由另一边的同事在边界上接回。我非常感谢团队的伙伴们能够同心协力，共同努力按时保质地完成了潘建伟布置给我们的任务。”

由零开始干了近十年，尤立星带领团队终于解决了单光子探测领域的“卡脖子”问题，实现了弯道超车。他研发的SSPD器件性能达到国际领先水平，多次创造量子通信、量子计算、激光雷达等领域系列应用世界纪录。

核心技术下沉产业

推动我国SSPD科研迈向商业化

为了将实验室技术变成批量化产品，服务更多行业，赋同量子应运而生，终于实现了SSPD商业化销售。而“九章”的应用就是商业化供货的最好的证明。

“我们所做的超导单光子探测器是一种小而精的产品，具备重要的战略意义与社会价值。它代表着一个国家在量子信息领域的核心竞争力，当然它也能创造经济价值。随着未来社会的发展，SSPD技术的应用市场将会稳健增长，但不会出现爆发式数量级增长，毕竟这不是体量非常大的民用消费市场。”尤立星对此有非常理性的认识。

目前，包括赋同量子在内，国际上实现超导单光子探测技术产业化的仅有六家企业。赋同量子凭借技术优势在国内市场占有率方面远超国外竞争对手，成为我国唯一的SSPD技术产业化公司，其产品性能指标长期保持国际先进水平，为我国量子信息领域的可持续发展提供了关键技术支撑。

2021年尤立星的团队在面向空间应用的超导单光子探测器（SSPD）技术领域再次取得突破，打破自身2018年创造的纪录，实现了通信波段最大探测效率93%的新世界纪录，为我国开展基于超导单光子探测器的深空通信、空间量子信息等应用奠定了基础。

量子信息是热门的高科技领域，以量子计算为例，有非常多不同的技术路线，有光学、半导体、超导、超冷原子、离子阱、金刚石色心等，但最终能走向产业化应用的只会有一两种高性价比的技术。目前量子信息已经从基础研究阶段到了应用产业落地阶段。随着各种技术路径的演进，从技术发展方面来说，尤立星觉得这是一个很好的“风口”，有政府的支持，有资本加持，各种渠道的资金不断涌入这个赛道，将会推动技术不断向前发展。

但也要看到，资本是一把双刃剑，资本过多的介入也有催熟的效果，不利于技术健康发展。尤立星表示，“欢迎资本，但也慎重选择。赋同量子的发展，我们是希望引进一个长线投资的资本，能够对赋同量子长期稳健发展有利的资本，要有足够的耐心。”

关于赋同量子的未来发展，尤立星表示，将继续在研发方面做精做细，满足国家需求，这是关键。其次，将开拓除了量子信息以外不同领域的市场以及国际市场，虽然赋同量子目前在国内大概占据了80%的市场，但在全球来讲，仅占20%左右。目前，赋同量子正在启动进军国际市场，凭借技术优势能够在国际范围内，与其他企业一较高下，进一步推动SSPD技术从科研大步迈向产业化。最后，继续发展更多周边技术，如低温互联技术、低温放大器、制冷机等，这些都是我国目前面临的迫切的“卡脖子”问题。

个人简介

尤立星

研究员，博士生导师

中科院上海微系统所超导电子实验室主任，信息功能材料国家重点实验室副主任，国家级人才称号和政府特殊津贴获得者，长期致力于超导电子学研究，为国家重点研发计划“高性能单光子探测技术”项目（2017-2022）负责人。

开展超导电子学领域研究工作，重点开展超导单光子探测（SSPD）技术和低温光电器件方面的研究工作，研发的SSPD器件性能达到国际领先水平，多次创造量子通信、量子计算（九章）、激光雷达等系列应用纪录。创立我国唯一的SSPD产业化公司“赋同量子”，实现SSPD的产业化。

在Nature、Science等杂志发表论文逾200篇，发明专利30项（含国际专利2项）。合作成果两次入选中国十大科技进展。2018年获国际电工委员会 IEC 1906奖，2019年获中国光学工程学会技术发明家一等奖（第一完成人）。担任《Superconductor Science and Technology》等多个学术期刊编委、IWSSD等多个国际学术会议委员等学术兼职。