“九章”幕后功臣:他是“全球前2%”原创

作者: 胡珉琦

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-10-26 08:32:17

尤⽴星是中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究员,他在超导单光⼦探测器(SSPD)领域取得了显著成就,并成功推动了国产超导电⼦器件的研发和产业化。他的工作对量⼦计算原型机“九章三号”的研发起到了关键作用,并因此获得了国内外多个重要奖项。尤⽴星的团队在高端科研仪器领域取得了国际领先地位,其产品在国内市场占有率近80%,并成功进入国际市场。

近⽇,量⼦计算原型机“九章三号”再度刷新了光量⼦信息技术世界纪录——处理⾼斯玻⾊取样的速度⽐⽬前全球最快的超级计算机快⼀亿亿倍!“九章”背后有⼀位默默⽆闻的功⾂。他虽然不被⼤众所熟知,但其名字⼀直和中国科学技术⼤学中国科学院量⼦信息与量⼦科技创新研究院潘建伟院⼠团队深度绑定。

他就是中国科学院上海微系统与信息技术研究所(以下简称上海微系统所)研究员尤⽴星,⼀个被潘建伟称为国内超导单光⼦探测器(SSPD)“顶梁柱”的⼈。不久前,尤⽴星⼊选美国斯坦福⼤学与Elsevier联合发布的第六版《年度全球前2%顶尖科学家榜单》。今年7⽉,他还因在“超导电⼦学和量⼦信息处理”领域的突出贡献,获得欧洲应⽤超导学会(ESAS)颁发的应⽤超导杰出贡献奖。

该奖项全球每两年评选1次,每次仅评选1位科学家。在国内,将⾼端科研仪器做到国际顶尖的科学家是“稀缺品”。过去15年,尤⽴星⼀直致⼒于国产超导电⼦器件与应⽤成果的研发和转化。他说,他所追逐的并⾮超导“极限”竞赛。2019年10⽉,⾕歌在《⾃然》发表论⽂,称其量⼦计算机已经实现了“量⼦霸权”。尽管其⼀度引发争议,但在当时着实刺激了量⼦圈。

⼏天后,尤⽴星就接到了⽼搭档、中国科学技术⼤学潘建伟团队成员陆朝阳教授的“任务”——希望他在5个⽉内提供100个⾼性能SSPD,加速“九章”光量⼦计算原型机的研发。尤⽴星团队从事的是⽤超导技术来做单光⼦探测器,服务于整个光量⼦信息领域,⽆论是量⼦通信还是光量⼦计算领域,都与潘建伟团队保持着密切的合作。

对于光量⼦探测芯⽚,在实验室完成样品到实现批量供应,还要保证较⾼的平均探测效率,难度升级是指数级的。“科学家的研究思维和产业界的产品思维截然不同。”尤⽴星说,前者想的是怎么在实验室把⼀个芯⽚从0到1做出来,同时,竞争对⼿追求的是如何进⼀步提升单个样品的探测效率;⽽后者考虑的是如何从1到100实现⼯程化,不仅要实现较⾼的成品率,还要对⽤户友好,能解决客户的实际问题。

尤⽴星的与众不同是他从0开始的那⼀刻起,就已经想到了1到100的过程。作为光量⼦信息领域的⼀个关键器件,其国外封锁从始⾄终。早在2013年,国外实验室SSPD的最⾼系统探测效率已经达到90%,但进⼝到中国的产品远不及这⼀⽔平。国内单光⼦探测器研发起步稍晚,同时期,尤⽴星团队能达到的最⾼探测效率只有70%多,且⼀度停滞不前。之所以出现这样的困境,其实是尤⽴星“⾃找”的。

超导研究存在⼀个⼯作温度的问题,选择不同的材料做探测器,将会对应不同的⼯作温度。“当时有⼀种热⻔材料叫硅化钨,它⽐较容易实现很⾼的探测效率,但条件是⼯作温度极低,这意味着需要⽤昂贵的制冷机来维持环境温度。”尤⽴星则反其道⽽⾏之,他坚持了⼀条较⾼⼯作温度材料的研究路径,⼤⼤降低了应⽤成本,也让⽤户使⽤更加友好。

2003年,从南京⼤学博⼠毕业的尤⽴星开始了海外的博⼠后研究⽣涯。4年⾥,他从瑞典查尔姆斯理⼯⼤学辗转荷兰特⽂特⼤学,再到美国国家标准与技术研究院(NIST),在哪⼉都不安分。他笑⾔,⾃⼰的博⼠后时光是在“游学”中度过的。尤⽴星本有机会继续留在美国,“但跟着国外⽼板⼲,总有⼀种打⼯⼈的感觉”。2007年,他选择“回家”。

当时,上海微系统所正计划启动超导单光⼦探测⽅向的研究,这和尤⽴星的研究领域⽐较契合。于是,他⽩⼿起家,建团队、搭平台。“虽然那些年我⼀直围绕超导电⼦学做研究,但并未涉⾜SSPD的具体研究。在瑞典,我更关注基础研究,内容与⾼温超导约瑟夫逊结器件有关;到了荷兰,接触的是磁探测相关研究;到了美国,⼜转向太赫兹探测有关研究。”

然⽽,正是这段不够“专注”的科研经历让他有了丰富的知识储备,也更容易接受新鲜事物,很适合做交叉学科研究。他能迅速把握单光⼦探测器从⽆到有的技术链条到底需要什么。SSPD系统包含了芯⽚、制冷、光学和电⼦学系统四⼤部分。“没有⼈能在所有⽅向都做到顶尖,我只需在各个环节找到擅⻓的研究⼈员或利⽤已有的成熟技术,最终合⼒把与仪器有关的科学问题解决好。这才是仪器研发的根本思路”。

尤⽴星在组建团队时⾮常注重成员的不同背景⽅向,有做器件物理的、有做光学的、有做低温的……“我们团队的最⼤特点就是交叉程度⾮常⾼。”尤⽴星提到,这样的团队组合到了产业化阶段,在解决⽤户不同环节的问题需求时能发挥奇效。在赋同量⼦科技⾼管张成俊博⼠⼼⾥,导师尤⽴星最突出的个⼈能⼒也许不是科研能⼒,⽽是管理能⼒。

“要让⼀台实验室仪器变成⼀个市场化产品,光靠⼀个⼈战⽃必输⽆疑。”张成俊说,“尤⽼师有⼀种魔⼒,从不给我们下绩效指标,但总能成功激起我们的内⽣动⼒。”尤⽴星则笑着回应,⾃⼰⾮常擅⻓压⼒传导,他曾把潘建伟的微信⼀字不落传达给每⼀位团队成员。这不仅是压⼒共担,也是使命和荣誉共担。

张成俊还提到,在尤⽴星的引导下,企业团队形成了⼀种独特的⽂化。从研发到⽣产各个环节的员⼯都要⾛进产品的应⽤场景中,到⾼校、科研院所、⾼技术企业的实验平台,与那些⼀流学者、专业技术⼈员交流、向他们学习,发现⾃⼰的不⾜。公司还会定期把客户使⽤产品后取得的科研成果介绍给员⼯,把他们的个⼈劳动和重要的科研产出以及取得的社会效益联结起来。

“在⾼端科研仪器这个严重‘卡脖⼦’领域,没有使命感,我们‘活’不到现在。”张成俊认为,这些正反馈对团队⽽⾔⼗分重要,它会增强每⼀位员⼯的精神⼒量。2016年⾄今,尤⽴星团队每年都获得中国科学院⼤学教育基⾦会资助的上海微系统所“新微之光”奖。“这是对整个SSPD研发团队⼯作的肯定,也是对我们这种团队协作、交叉合作科研模式的认可。”

⽆论何时,⾼端科研仪器赛道的应⽤⾯都⽐较窄,且赋同量⼦科技的产品售价也与进⼝产品持平。但让尤⽴星⾃豪的是,他们与国际上其他5家企业在中国市场竞争中遥遥领先,国内市场占有率近80%。尤⽴星说,企业⽬前的商业模式⽐较特别,由于量⼦技术的发展⾮常迅速,⽤户需求也在不停更新,因此,赋同量⼦科技提供的既不是完全成熟的固定型号产品,也不是完全定制化的产品,其中定制部分占50%。

⽽这种模式最考验产品团队的服务能⼒。

“科研仪器研发的最⼤阻碍就是⾛不出实验室,与客户需求脱节。”尤⽴星直⾔,实验室产品的研制、测量是在精细、可控的环境下完成的,⼀旦进⼊应⽤场景,就会出现许多复杂的影响因素,⼯作环境变了,产品的适配度就会下降。⽽尤⽴星的产品策略是,始终把和应⽤端科研⼈员的配合放在第⼀位。“我们会把实验室阶段还不太成熟的仪器拿到⽤户实验室做测试,及时发现问题并作出调整。”

“我们的团队⾥没有销售的概念,每位员⼯的定位都是科学家的合作伙伴。我们⽤专业的语⾔和专业的⽤户对话,回应他们的每⼀项专业需求,从⽽赢得他们的信任。”正是这种务实的理念,颠覆了很多⽤户对于国产科研仪器“便宜不好⽤”的看法。

2022年3⽉,赋同量⼦科技⾛出国⻔,成功拿下⾸个欧洲订单;同年7⽉,其位于意⼤利那不勒斯的“欧洲Demo中⼼”正式启⽤,主要是为承接欧洲⽤户的试⽤、科研合作服务;同年8⽉,尤⽴星牵头制定的全球⾸个单光⼦探测器国际标准经国际电⼯委员会(IEC)批准正式发布,这也是我国牵头制定的⾸个超导电⼦学领域国际标准。

⾼端科研仪器⼀直是重要的国际竞争领域,在量⼦技术这个中国科学家有望取得优势的“科技制⾼点”,尤⽴星呼吁科学界⽀持并优先使⽤国产⾼端科研仪器。

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