仰望星空，腳踏實(shí)地

張靜

2024年4月10日，安徽省先進(jìn)功能高分子薄膜工程實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員朱健和（左）在上海同步輻射光源實(shí)驗(yàn)線站向團(tuán)隊(duì)成員講解實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行情況?！肮庠础睘橄冗M(jìn)功能材料等領(lǐng)域提供微觀觀測(cè)條件（方喆/ 攝）

大國(guó)重器逐夢(mèng)蒼穹、中國(guó)智造提質(zhì)升級(jí)，每一個(gè)高光時(shí)刻背后都有這樣一群甘坐“冷板凳”，啃下“硬骨頭”，在科研“無(wú)人區(qū)”砥礪前行的年輕人。他們的成長(zhǎng)故事為青春與新質(zhì)生產(chǎn)力的雙向奔赴寫下了生動(dòng)注腳。

專注于基礎(chǔ)研究

新材料是新型工業(yè)化的重要支撐，是國(guó)家大力發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，也是加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力、扎實(shí)推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)方向。

中山大學(xué)深圳校區(qū)副教授、深圳市海外高層次人才孫擎擎是一名研究先進(jìn)金屬材料的“90后”青年科學(xué)家。從中南大學(xué)本科、保研直博，到中科院金屬所從事博士后工作，再到深圳主攻金屬材料使役行為及其延壽技術(shù)研究，孫擎擎一直深耕在金屬新材料基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。

“我國(guó)是世界上金屬產(chǎn)量最多的國(guó)家，但金屬材料水平和國(guó)外比還有差距。比如高端鋼材、鋁材、鈦合金等領(lǐng)域存在一些關(guān)鍵技術(shù)待突破，這給了青年學(xué)者非常廣闊的研究空間?！睂O擎擎說(shuō)。

被問(wèn)及研究金屬新材料的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自哪兒？孫擎擎告訴《瞭望東方周刊》：“一方面高性能金屬材料的開發(fā)是國(guó)家重大需求之一；另一方面我對(duì)這個(gè)領(lǐng)域有好奇心，這是我從事科研工作的初心?！?/p>

孫擎擎介紹，高性能金屬材料在航空航天、海洋工程、新能源等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，由于金屬材料存在典型的強(qiáng)度與塑性倒置關(guān)系，容易出現(xiàn)失效、腐蝕與斷裂，我國(guó)每年要為金屬材料腐蝕付出四五萬(wàn)億元的巨大代價(jià)，而金屬失效斷裂更嚴(yán)重影響重大工程裝備的服役安全。“開發(fā)更加強(qiáng)韌耐蝕的高性能金屬材料、研究其斷裂失效與腐蝕的機(jī)理、提出新的延壽技術(shù)與方案，保證管道、橋梁、核電站、飛機(jī)、新能源燃料電池以及海上風(fēng)電裝備的服役安全，我認(rèn)為這些都是形成新質(zhì)生產(chǎn)力的內(nèi)在需求。”孫擎擎說(shuō)。

近幾年，孫擎擎主攻“氫脆”問(wèn)題。

與天然氣不同，氫可能進(jìn)入到金屬內(nèi)部與金屬基體發(fā)生交互作用，引起管道材料韌性下降進(jìn)而發(fā)生毫無(wú)征兆的脆性斷裂，即所謂“氫脆”現(xiàn)象，這是影響輸氫管道安全運(yùn)行的最大風(fēng)險(xiǎn)之一。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，氫脆問(wèn)題的研究和預(yù)防是我國(guó)未來(lái)大規(guī)模推進(jìn)管道輸氫技術(shù)的前提條件。

“氫脆現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有150年歷史，但今天科學(xué)家對(duì)氫脆發(fā)生的機(jī)理仍然存在巨大爭(zhēng)議。我們從關(guān)鍵問(wèn)題入手，經(jīng)歷多次失敗，不斷排除其他干擾的影響因素，花了近兩年時(shí)間，終于得到了全新的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒔?jīng)得住推敲的氫與位錯(cuò)交互作用的物理圖像，這一研究成果發(fā)表在了國(guó)際材料學(xué)頂刊《Acta Materialia》（《材料雜志》）上，獲得了氫脆領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威專家與同行的高度評(píng)價(jià)。”孫擎擎說(shuō)。

基礎(chǔ)研究的一小步，可能帶來(lái)產(chǎn)業(yè)變革的一大步。對(duì)自己所研究領(lǐng)域未來(lái)市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化的前景，孫擎擎充滿信心。

“前不久，在蘇州的一次行業(yè)學(xué)術(shù)交流會(huì)上，各方代表談?wù)撝穗姀S一回路不銹鋼管道的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題，我驚喜地發(fā)現(xiàn)，自己研究了十年的技術(shù)，被行業(yè)專家認(rèn)為將是主流解決方案之一。希望后續(xù)與相關(guān)單位進(jìn)一步接洽，取得實(shí)質(zhì)性合作，貢獻(xiàn)自己的一份力量。靜下心來(lái)做基礎(chǔ)科研很難，但我想作為青年學(xué)者，還是要努力把基礎(chǔ)研究做好，要坐得住，更多專注于‘從0到1的過(guò)程?！睂O擎擎說(shuō)。

“兩年沒(méi)發(fā)論文 ”

近日，在湖北武漢市光谷實(shí)驗(yàn)室，一枚硬幣大小的“視覺(jué)芯片”完成了中試。這是光谷實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、溫州實(shí)驗(yàn)室共同研發(fā)的成果。利用新興膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)成像技術(shù)制備“視覺(jué)芯片”，作為傳感器裝載到手機(jī)和檢測(cè)器上，可以“穿透”介質(zhì)，看到肉眼無(wú)法辨別的“真相”。目前，這項(xiàng)技術(shù)已具備大面積加工能力，同時(shí)成本極低，有望形成顛覆市場(chǎng)的產(chǎn)品。

這是光谷實(shí)驗(yàn)室青年科學(xué)家、華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心教授高亮聯(lián)合團(tuán)隊(duì)坐了12年冷板凳的成果。這樣一枚“視覺(jué)芯片”有望賣到5000元至1萬(wàn)元。高亮的研究成果實(shí)現(xiàn)了“從1到10”的跨越。

在接受《瞭望東方周刊》采訪時(shí)，高亮回憶個(gè)人成長(zhǎng)路徑，用的最多的表述是“沒(méi)啥優(yōu)勢(shì)、普普通通”“一門心思干，受外界影響小”……本刊記者從他身上看到了“90后”青年科學(xué)家的諸多共性。

高亮本碩讀的都是華中科技大學(xué)光電光學(xué)工程專業(yè)，在大學(xué)期間就建立了對(duì)光電的原始興趣。從2014年讀研期間開始，高亮跟隨導(dǎo)師唐江教授專攻短波紅外成像芯片技術(shù)?！澳菚r(shí)這個(gè)產(chǎn)業(yè)還處于邊緣地位，沒(méi)有現(xiàn)在這么受關(guān)注?！边x擇了一個(gè)相對(duì)冷門的方向，高亮和科研伙伴們成為第一代短波紅外成像芯片的“拓荒者”。

2024年4月26日，國(guó)盾量子資深技術(shù)專家李東東博士正在檢查噪聲測(cè)試鏈路（楊雅淑 / 攝）

高亮說(shuō)，量子點(diǎn)是一種小到幾納米的顆粒。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這些極小顆粒對(duì)環(huán)境非常敏感，連水蒸氣和氧氣都“怕”，所以科研團(tuán)隊(duì)要把一些指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)做到極致。

“做高精尖前沿科技研發(fā)，我認(rèn)為青年科學(xué)家都要有‘掃廁所的心態(tài)——不怕臟活累活，要把底層理論研究弄明白。”高亮說(shuō)。

“我們通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證篩選，在芯片的制備上實(shí)現(xiàn)了性能和良率的相對(duì)可控。這一結(jié)果的取得離不開大量的人力精力投入，開發(fā)過(guò)程中也坐了兩年多冷板凳。在其他課題組不停發(fā)論文的時(shí)候，我們一周工作6天，經(jīng)常熬夜，做了很久的實(shí)驗(yàn)卻經(jīng)常失敗了，過(guò)程對(duì)人很煎熬。”高亮說(shuō)。

最終，團(tuán)隊(duì)先后突破了材料-器件-電路-集成-系統(tǒng)5個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研制出國(guó)內(nèi)首款量子點(diǎn)紅外成像樣機(jī)，部分指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。

此后，在短波紅外成像芯片可批量化生產(chǎn)的中試過(guò)程中，又實(shí)現(xiàn)了薄膜涂覆、真空沉積和封裝測(cè)試等核心生產(chǎn)工藝設(shè)備的全面國(guó)產(chǎn)化。

“研究機(jī)構(gòu)幫廠家做好品控，通過(guò)研發(fā)帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代，從而在一個(gè)具體領(lǐng)域建立完整的國(guó)產(chǎn)可控生態(tài)。在這個(gè)過(guò)程中，新的生產(chǎn)工具、新的生產(chǎn)要素和新的知識(shí)產(chǎn)權(quán)都誕生了，而且?guī)?dòng)了新的勞動(dòng)力涌入，這是一個(gè)形成新質(zhì)生產(chǎn)力的良性路徑?！备吡琳f(shuō)。

“做高精尖前沿科技研發(fā)，我認(rèn)為青年科學(xué)家都要有‘掃廁所的心態(tài)——不怕臟活累活，要把底層理論研究弄明白?！备吡琳f(shuō)。

目前，短波紅外成像芯片產(chǎn)品申請(qǐng)了15項(xiàng)發(fā)明專利，已獲授權(quán)7項(xiàng)。訂單遍布全國(guó)，南方科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)龍頭模組企業(yè)均向光谷實(shí)驗(yàn)室“拋出橄欖枝”?！懊嫦蚴謾C(jī)模組和車載相機(jī)等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景即將實(shí)現(xiàn)，下一步是物質(zhì)檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)和安防監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用?！备吡琳f(shuō)。

4小時(shí)“超越”5萬(wàn)年

在合肥高新區(qū)，科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱‘國(guó)盾量子）科技園內(nèi)，五代量子保密通信設(shè)備一字排開，從“大柜子”變成“小盒子”，體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)。它們還可以無(wú)縫融入現(xiàn)有傳統(tǒng)通信光纖，實(shí)現(xiàn)共纖傳輸，極大降低使用成本。

“量子密鑰分發(fā)設(shè)備經(jīng)過(guò)十余年迭代，體積變小，相關(guān)核心組件也已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化?！?國(guó)盾量子青年專家李東東告訴《瞭望東方周刊》。

和經(jīng)典通信相比，量子通信保密性更強(qiáng)。李東東在2017年加入國(guó)盾量子。彼時(shí)，量子通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)了從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的過(guò)程，產(chǎn)業(yè)已具備先期探索的雛形。世界首條千公里級(jí)量子保密通信“京滬干線”開通，并和“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功對(duì)接，其中，國(guó)盾量子發(fā)揮了重要作用，其產(chǎn)品也由此逐漸走向世界前列。進(jìn)入公司后，李東東主要負(fù)責(zé)量子通信相關(guān)工作，進(jìn)行量子信息處理系統(tǒng)研發(fā)和實(shí)用化研究。

李東東與團(tuán)隊(duì)研發(fā)了頻率更高、碼率更高的量子通信設(shè)備，應(yīng)用后通信效率更高、通信距離更遠(yuǎn)，可以支持百公里以上的通信距離。“最早的設(shè)備是采用多個(gè)激光器進(jìn)行編碼，我們改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)了單個(gè)激光器編碼，整個(gè)系統(tǒng)成本降低，產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性能更好。”李東東說(shuō)。

隨著技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，李東東投入到更為前沿的量子計(jì)算領(lǐng)域?！霸诹孔佑?jì)算機(jī)上4個(gè)小時(shí)能夠完成的計(jì)算任務(wù)，使用目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)大概需要5萬(wàn)年的時(shí)間?！崩顤|東介紹。

此前，李東東及團(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的超導(dǎo)量子計(jì)算操控系統(tǒng)，在“祖沖之號(hào)”超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑。經(jīng)過(guò)國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化迭代兩代后，目前這臺(tái)設(shè)備成本下降了一半，規(guī)模已經(jīng)達(dá)到千比特。

走進(jìn)國(guó)盾量子的實(shí)驗(yàn)室，可以看到，科研人員正在加緊調(diào)試即將發(fā)布的新一代千比特超導(dǎo)量子計(jì)算操控系統(tǒng)?！案弦淮a(chǎn)品相比，新一代設(shè)備的集成度提升了大概10倍，是目前國(guó)內(nèi)體積最小、性能最優(yōu)的操控系統(tǒng)?！崩顤|東說(shuō)。

“搞研究，求創(chuàng)新，不能朝九晚五上下班。所謂彎道超車，就是要付出比別人多的時(shí)間和努力。我不覺(jué)得這是內(nèi)卷，因?yàn)槲覀児ぷ鞯膬?nèi)容是非常新的、非常有趣的，可能是這個(gè)世界上從來(lái)沒(méi)有人解決過(guò)的問(wèn)題。問(wèn)題解決了，科研又向前進(jìn)了一步，有很大的成就感，同事們的自驅(qū)力都非常強(qiáng)?！崩顤|東說(shuō)。

一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，涉及方方面面，從基礎(chǔ)科研到加工制造，從電子元器件到芯片設(shè)計(jì)，是國(guó)家工業(yè)實(shí)力的體現(xiàn)、國(guó)家綜合實(shí)力的比拼?！傲孔赢a(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)帶動(dòng)我國(guó)高精尖工業(yè)體系更加完善，能在這樣一個(gè)前沿陣地建功立業(yè)，是我們這一代青年科技工作者的光榮?！崩顤|東說(shuō)。