东南大学量子材料与信息器件教育部重点实验室

南京邮电大学实验室中的量子科技设备

□ 本报记者 叶真 谢诗涵

未来产业代表科技革命和产业变革的方向。不久前，“十五五”规划建议提出，前瞻布局未来产业，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。在江苏这片创新热土上，量子科技已崭露头角。近日，记者探访省内部分高校，感知量子赛道创新力。

瞄准前沿，不断产出重要成果

在高校实验室里，量子科技新成果不断涌现。

今年10月，东南大学量子材料与信息器件教育部重点实验室传出好消息：该校物理学院副院长苗霖团队在“交错磁体”这一国际前沿的新型量子材料研究上取得重要成果。

交错磁体是近年来发现的一种新型量子材料。经过两年的潜心研究，团队给这种原本是“三维砖块”状的材料送上一张“二向箔”——制备成极薄的“二维薄膜”。“通过将材料从三维降至二维，我们不仅发现了新的物理现象，更重要的是找到了一条调控其量子效应的新路径。研究人员能像‘翻书页’一样，对材料的量子态进行精确调控。”苗霖为记者描绘了其应用前景，“现在的数据存储技术，好比在一条拥挤的城市道路上行车，速度受限且能耗较高。而基于交错磁体等新型量子材料的下一代技术，相当于为信息修建了‘量子高速公路’，理论上能将信息的处理速度提升数倍甚至数百倍。量子研究的终极目标，是实现信息处理能力的指数级提升。”

“传统材料里的电子就像各自玩耍的小朋友，而在量子材料中，我们通过精密设计，让所有电子协同工作，展现出完全不同的‘集体行为’。”长期专注于固态量子材料基础研究的苗霖告诉记者，“我们就像是量子世界的‘探矿人’，致力于探索新材料中电子‘集体行为’背后的物理本质，并推动其向信息器件的转化。”

苗霖介绍，量子科技主要围绕两大技术路径——固态系统（如超导电路）和光量子系统，并在量子计算、量子通信和量子精密测量等领域展现广阔的应用前景。每一个技术瓶颈的突破，每一项工艺难题的解决，都让量子科技的实用化更进一步。尽管任重道远，但现在正是奋进之时，团队对未来充满信心。

在南京邮电大学的实验室里，量子科技团队进行着新一轮攻关。该校通信与信息工程学院副院长王琴告诉记者，团队正牵头承担高性能量子保密通信系统及应用关键技术研究江苏省重点研发计划项目。

“量子信号非常脆弱，哪怕是光纤振动、温度变化等环境的微小扰动都可能导致通信受影响。”王琴解释，团队正利用机器学习和人工智能实现量子系统的“自动驾驶”。“我们使用的这套系统能24小时智能监控通信网络状态，一旦发现信号扰动，AI就能在毫秒甚至微秒间自动补偿和校准，确保通信长期稳定运行。”

协同发力，推动应用多点开花

高校与企业联手，推动量子科技加速从实验室走向产业端，让量子科技的实际应用从“零星分布”走向“多点开花”。

在与江苏亨通光电股份有限公司合作中，南邮团队参与研发的“量子随机数”技术被成功运用；在与南京南瑞信息通信科技有限公司的电网加密项目中，南邮团队为量子身份认证加密提供关键技术支持；南邮团队还与南京易科腾信息技术有限公司联合承担江苏省量子通信技术联合攻关项目，取得不错的研究成果……王琴介绍，团队正联合国内顶尖科研单位和行业领军企业攻关高速、小型化的量子通信终端。“我们的目标是把目前机箱大小的设备缩小到手机大小，为量子技术走进千家万户打下坚实的硬件基础。”

去年5月，南京邮电大学通信与信息工程学院杜关祥教授团队，在金刚石NV色心量子磁强计的研制上取得重大突破。最近，成果的应用有了新进展。“我们参与了一款超导量子计算机的研发，团队将金刚石NV色心用于量子芯片设计中的电磁干扰测试，助力解决大规模芯片集成难题。”杜关祥这样描述高精度量子计量技术的价值，“它有着极高的灵敏度与分辨率，能探测到传统技术无法触及的微弱信号与微观结构。”

如何将量子算法“翻译”成可在真实量子计算机上运行的指令，并保障核心数据的安全？9月，东南大学为量子计算通往大规模应用打通“关键一公里”。学校发布国内首款集成多场景应用的量子线路设计优化与编译桌面软件平台“东南·云霄”。“这为我国在人工智能、信息通信、生物医药、新材料等前沿领域的创新发展提供了高效、安全的量子应用实现工具。”东南大学信息科学与工程学院教授张在琛说，“我们希望通过这一创新成果以及正在研发的任务导向量子线路设计平台，降低量子计算应用的门槛。”

科学家也以创业的方式，推动量子技术的产业化进程。南京大学物理学院教授、博士生导师陈增兵长期深耕量子安全、量子人工智能与量子物理等领域，于2021年在南京江北新区创立矩阵时光数字科技有限公司。该公司聚焦量子人工智能与量子安全技术应用两大方向，致力于为政府部门、金融机构、电信运营商等企事业单位提供量子安全产品及定制化解决方案。

陈增兵介绍，量子安全“新基建”及相关应用市场潜力巨大，量子安全产品可为我国的网络和数据主权提供安全、可信的技术底座。该公司已顺利完成两轮融资，累计投入研发费用超过5000万元，成功开发出十余款全域量子安全产品。

聚焦人才，夯实产业发展基础

量子科技虽然“小荷才露尖尖角”，但具备成长为先导产业和支柱产业的巨大潜力。尽快释放潜力，对人才培养提出更高要求。

2024年7月教育部高等教育司明确提出，支持高校面向集成电路、人工智能、量子科技等关键领域布局相关专业，有的放矢培养国家战略人才和急需紧缺人才。在我省，高校在量子科技领域人才培养起步较早，南京大学、东南大学、南京邮电大学等高校相继开设量子相关专业，建设实验室与项目平台，量子科技也被纳入不少高校的微专业。

“虽然我国在量子科技领域的人才培养体系不断完善，但具备创新能力的高端人才仍然稀缺。”在苗霖看来，量子科技作为一个新兴交叉学科，不仅需要精通物理理论的专家，还需要掌握电子信息、材料科学等多个领域知识的复合型人才。他所在实验室的人员构成正说明这一点。“实验室由物理学科牵头，但超过一半的科研人员来自电子、信息、材料等不同院系，这种交叉融合产生了独特的‘化学反应’。”

东南大学物理学院党委书记徐进表示，物理作为基础学科，在科技创新中承担着“从0到1”的重大责任。“量子科技本质上是物理学深厚底蕴与时代发展需求相交汇的必然产物，中共中央、国务院明确将量子科技列为重点发展领域，国家‘十五五’规划建议把量子科技放在未来产业布局的首位。2023年东南大学物理学院获批牵头建设量子材料与信息器件教育部重点实验室，2024年学校投入建设东南大学优势理科学科交叉平台，正是要推动前沿探索，促进理科与工科深度交融。未来我们将用好这个平台，与工程学科打好配合、实现共创，让基础研究成为支撑产业创新‘从1到100’的源头活水。”

当量子科技的运用场景越来越多，量子工程师的需求量也会不断扩大。在南京邮电大学通信与信息工程学院，近年来逐步搭建了“阶梯式”培养体系——在本科生初级阶段，开设有关量子科技的通识课程，点燃学生好奇心；在本科三年级，开设量子科技专业核心课，系统讲授量子力学、量子通信、量子计算等知识，让学生在“量子纠缠组网虚拟仿真实验”平台亲手操作，直观理解“量子纠缠”现象；面向大四学生，开设实践类课程设计和前沿交叉融合课程，提升学生动手解决实际问题的能力，让学生接触“量子+AI”这种前沿交叉领域。

王琴透露，学院一方面规划建立“量子信息技术教学实验室”，希望学生能动手调试设备、动手搭建一个量子通信系统或一个量子测量系统，培养出更多既懂硬件、又能解决复杂工程问题的“量子工程师”；另一方面，计划开展与头部企业的联合培养项目，让企业把产业一线最真实的难题带进课堂，实现深度“产教融合”。