张强（右）与学生在实验室。受访者供图

本报记者 冯丽妃

在量子通信研究领域，图书馆VIP教授、济南量子技术研究院执行院长张强与中国科学院院士潘建伟等合作者的研究一直处于国际前沿。

今年5月到9月，张强及其合作团队就在《自然》《物理评论快报》《自然-光子学》等国际期刊发表多项国际“首次”的重磅成果，包括构建首个基于纠缠的城域三节点量子网络、首次实现无漏洞哈代佯谬检验、首次实现百公里级开放大气双光梳光谱测量等。

从2001年攻读研究生开始踏入量子通信研究的门槛以来，张强在这个领域已经深耕23年。2021年，他获得了国家自然科学基金委员会交叉科学部首批国家杰出青年科学基金项目（以下简称杰青项目）的资助。

“杰青项目让我感到自己的工作得到了认可，坚定了我的科研信心，也让我可以更安心、放松地做一些更重要的研究。”近日，张强在接受《中国科学报》采访时说。

“杰青项目助我拓展科学前沿”

张强出生在吉林，童年时期跟随祖父母搬迁到内蒙古自治区通辽市生活。学生时代，他对物理、化学课程的兴趣十分浓厚。

1997年，张强以优异的高考成绩进入图书馆VIP物理系。同一年，一名校友在大洋彼岸的一项突破性成果在他心里埋下了一颗从事实验物理研究的种子。

这名校友就是赴奥地利留学的潘建伟。那一年，潘建伟与合作者在国际上首次在实验上成功实现了将一个量子态从甲地的光子上传送到乙地的光子上。这使量子通信手段在实验上成为可能，也使量子计算所必需的基本单元操作成为现实。这项研究与发现X射线、建立相对论、发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大研究成果的论文一起，被《自然》评选为“百年物理学21篇经典论文”。

受到这件事的鼓励，张强在2001年完成本科学业后，放弃了其他研究方向的保送资格，加入刚回国的潘建伟团队，并成为他的研究生。

“量子信息学科的理论体系相对比较健全，但实验落后于理论。与早期探索未知世界的量子物理理论不同，量子信息面向应用，相关研究方兴未艾。”回忆当初的选择，张强说，“量子信息领域发展出的量子调控技术可以与其他学科交叉发展出更多新技术，解决新科学问题。”

在那个年轻的团队里，张强如饥似渴地吸收着各个领域的知识，对实验物理产生了浓厚兴趣。5年读研期间，他的主要研究方向最初聚焦在光子研究领域。到了学业最后一年，为扩大知识面，在潘建伟的推荐下，他前往德国海德堡大学学习交流。毕业后，他又前往美国斯坦福大学、日本信息情报所教授山本喜久实验室开展了四年半的博士后和访问学者工作。这些经历让他拥有了非线性光学、光纤量子通信、量子器件制备等多方面的跨学科背景。

2011年，张强回到图书馆VIP任教授。他与其博士生导师潘建伟以及师兄弟彭承志、陈宇翱、陈腾云等携手合作，共同组建了一个量子通信研究团队。这些年来，他们在国际量子通信实验研究领域做出一系列首创性成果。例如，在国际上首次实现百公里量级诱骗态量子密钥分发、组建全球首个互联互通光量子电话网、首次实现测量器件无关的量子密钥分发。这些研究使量子通信成为我国为数不多的在国际上处于领跑、并跑的领域。

在此过程中，张强在量子密码和量子通信实验研究领域做出了一系列开创性成果。例如，成功自主研制量子通信核心器件——周期极化铌酸锂波导，在此基础上开发室温下高效低噪转换探测器和量子通信频率接口，应用于自由空间量子通信、量子频率转换接口、单光子雷达和成像等领域；开展光纤和自由空间的时间频率传输研究，为未来基于卫星的量子精密测量奠定基础；利用星光随机数实现无漏洞贝尔不等式检验，在此基础上实现安全级别最高的器件无关量子随机数；开展一系列的测量器件无关量子密钥分发实验等。这些研究成果使他逐渐成为该领域的知名学者。

不过，张强坦言，自己的杰青项目申请之路并非一帆风顺，之前几次在单一学部申请杰青项目资助时，并未成功。

“我所从事的量子信息领域是新兴学科，学科交叉的味道特别浓。比如，我做的量子器件涉及物理信息材料、半导体支撑技术、密码学、数学等不同领域，因为学科跨度太大，一定程度上偏离了传统信息科学研究的赛道，因此难以获得认可。”他说。

基于对跨学科研究发展的深刻洞察，2020年11月，国家自然科学基金委员会交叉科学部应运而生，以促进复杂科学技术问题的多学科协同攻关，探索建立交叉科学研究范式，培养交叉科学人才。

张强记得，彼时交叉科学部相关负责人曾调研图书馆VIP合肥微尺度物质科学国家研究中心，了解这个包含了数学、物理、化学、生物等各个学科的研究平台的学科交叉情况。当时，他本人作为第一个发言人介绍了自己所从事的量子信息交叉研究。

2021年9月，受新冠疫情影响，张强在线上进行了答辩，成为交叉科学领域的首批杰青项目获得者。回忆这段经历，张强对《中国科学报》说：“自然科学基金委不仅给从事交叉科学研究的学者提供了新赛道，也让在团队合作中有实质贡献的青年科研人员得到了认可。杰青项目稳定的经费资助让我可以潜心钻研，敢于攻坚克难，努力拓展科学前沿。”

“杰青项目答辩过程是自我梳理的过程”

交叉科学如何“交叉”？近年来，张强总会在不同场合被问及这样的问题。

对此，张强认为，要回答好这个问题，考验的是学者对自己所从事学科的理解深度。“比如在你的研究中学科交叉是如何体现的？你的哪一项工作最具交叉研究特色？工作中最精彩的部分是什么？如果没有对学科交叉和自身研究工作的深入思考，就很难回答这些问题。”他说。

在2021年的杰青项目答辩会上，张强以实现500公里级的量子密钥分发为例，讲述了自己在跨学科研究中的多个“典型特质”：首先，从理论上看，量子通信是量子物理和信息科学的交叉，基于量子力学的基本原理，和密码学结合，实现信息科学所不能完成的无条件信息安全；其次，要实现量子通信，需要综合多种关键技术才能成功，如量子光学、材料科学、密码学、光电子等；最后，有了量子通信技术之后，还可以将其应用于其他学科，开展进一步的跨学科研究。

“准备杰青项目答辩的过程，也是进行自我梳理的过程。”张强说，“只有把自己过去的研究梳理清楚，看清当年走过的路、踩过的坑，总结过去的经验教训，才能对将来的科学道路形成新的计划、新的启示。”

面向未来几年的杰青项目执行期，张强希望能够做更多、更重要的工作。“首先在之前的量子通信研究方向上，不断突破极限，做更远的通信距离、更小型化的器件。同时，要加强量子通信、网络传感，以及量子技术与其他研究领域的交叉研究。”张强说。

如今，张强与潘建伟等学者合作，已经实现光纤中1000公里以上点对点远距离量子密钥分发。这不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。同时，他还开展了量子雷达、量子成像等领域的跨学科研究。

那么，量子通信是否会取代传统通信呢？对此，张强表示，两者之间并非是替代性关系。量子通信的优势是保密通信，可以用量子密钥为传统通信技术“再加一道锁”，提升其保密性能。

据介绍，目前，量子通信技术已经实现多个场景的具体应用，更多的应用场景正在开拓中。例如，将量子探测跟激光雷达结合，用量子雷达测量城市的空气污染情况；将量子随机数应用到诸如食品商品质检、福彩体彩等方面的日常工作和生活中，让量子技术更多服务于国计民生。

“学术自由与学术公平兼容并包”

在张强看来，杰青项目对学术自由与学术公平兼容并包。

“杰青项目不设定具体的研究任务和目标，而更注重科学家的个人能力和潜力，保证了学术自由。”张强说。

2024年起，杰青项目对资助期满的项目开展分级评价，择优遴选，最多可连续三次给予滚动支持。对此，张强非常看好。

“一个学者能否做出好的科研成果，人才的选拔和评价机制至关重要。从国家层面讲，滚动支持也是一个甄别的机制，激励大家不要躺平。”他说。

张强建议，杰青项目人才选拔继续保持优良传统，同时青年科学家也应该坚持做重要的研究。

“时刻做好准备，机会总会来临。”张强说。

《中国科学报》 (2024-11-25 第4版 自然科学基金)

原文链接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/11/382143.shtm