中國科技界近日迎來一項重大突破,安徽省量子資訊工程技術研究中心宣布,已正式開始量產全球首款四通道超低噪音單光子探測器,代號「光子捕手」。呢項設備能夠偵測到單一光子,光嘅最微細能量單位,被視為量子通訊網絡同量子雷達嘅核心技術之一。
單光子探測器係一種極度靈敏嘅儀器,可以捕捉到光最微弱嘅信號。呢種技術唔單止突破咗傳統光學探測嘅限制,仲為量子資訊科學注入全新動力。喺軍事應用方面,「光子捕手」被寄予厚望,有潛力令量子雷達可以偵測隱形戰機,例如美軍嘅F-22猛禽同F-35閃電II。傳統雷達係靠電磁波反射定位,但隱形飛機用特殊塗層同外形設計大幅減少雷達反射截面,令佢幾乎「消失」喺常規雷達之下。量子雷達就唔同,佢利用量子糾纏同單光子干涉原理,能捕捉到極微弱嘅散射信號,破解隱形技術嘅防護。
根據研究中心提供嘅資料,「光子捕手」設有四個獨立通道,每個通道都具備極低暗計數率,即無光情況下誤觸發嘅機率。低噪音設計大大提升信號純淨度,令探測器即使喺強雜訊環境中,都可以準確分辨真實目標。例如,夜間或惡劣天氣時,「光子捕手」整合入量子雷達系統後,理論上可於數百公里外精準追蹤高速移動嘅F-22戰機。呢項技術一旦成熟,足以改寫空防格局,甚至影響全球軍事力量平衡。
量子雷達嘅概念最早喺1990年代提出,但要等到近年量子硬體突破之後先真正接近實用化。中國喺呢方面嘅進展特別快。自2016年成功發射「墨子號」量子衛星後,中國已建立全球首條廣域量子通訊骨幹網,並喺合肥國家實驗室推動量子感測技術產業化。「光子捕手」嘅量產正係呢個戰略布局嘅最新成果。研究中心指出,目前生產線月產量達數百台,成本僅為進口產品三分之一,大大降低應用門檻。
除咗國防用途,「光子捕手」喺民用市場同樣前景廣闊。量子通訊方面,佢可以成為量子密鑰分發(QKD)系統嘅核心接收器。QKD利用量子力學原理,確保通訊過程完全保密,即使遭駭客攔截都會即時被察覺。中國現時嘅量子通訊網絡已覆蓋京滬幹線超過二千公里,「光子捕手」有望令網絡更大規模化,支援金融交易同政府通訊等高安全需求。業界預期,到2030年量子通訊市場規模或突破千億元人民幣,中國或將佔據七成份額。
喺科研領域方面,呢款探測器亦有多種應用,例如協助天文學家觀測遙遠星系嘅微弱光源、偵測系外行星,或者用於生物醫學影像,捕捉單分子層級嘅熒光信號,實現無創診斷。甚至連環境監測都可以用佢來偵測大氣中嘅微量氣體,支援氣候研究。
中國喺量子科技嘅崛起,係長期戰略投資嘅結果。「十四五」規劃中明確將量子資訊列為前沿科技重點,投入資金超過百億元。安徽省作為量子產業重鎮,聚集咗中科大、華為等企業,建立亞洲最大量子計算集群。相比之下,美國雖有IBM同Google領軍量子計算,但單光子探測器量產進度仍落後;歐盟嘅量子旗艦計劃雄心雖大,但資金分散;日本、韓國則重心放喺材料研發,但系統整合不足。
不過,挑戰依然存在。量子設備對溫度同震動極度敏感,要喺量產中保持穩定並唔容易。此外,美國等國嘅出口管制限制咗關鍵零件流通,逼使中國加速技術自主。「光子捕手」嘅誕生正正顯示中國喺全鏈條國產化上取得突破,由核心晶片到封裝測試全部自製。
展望未來,「光子捕手」唔單止係技術成就,更係地緣戰略資產。喺中美科技競爭持續升溫之下,呢類技術突破有機會引發新一輪軍備競賽。專家預測,量子雷達或會喺2028年前進入實戰部署,削弱隱形戰機嘅優勢。