科创未来丨2023年四川省杰出青年科学技术创新奖获奖者徐兵杰:深耕量子通信,为信息安全带上“保护盾”

2024-09-23 21:52:42来源:四川在线编辑:牛霄

四川在线记者 兰珍

初见徐兵杰,是在中国电子科技集团公司第三十研究所办公室。办公室干净整洁,文件堆放得整整齐齐,桌椅板凳书柜沙发之外,找不出多余的饰物。

交谈间发现,他说话既提纲挈领、层次分明,又不失欢快洒脱、风趣幽默。

对于荣获2023年度四川省杰出青年科学技术创新奖,徐兵杰倍感骄傲,“这是对我18年来在量子通信领域‘从一而终’的认可。”

徐兵杰获奖。

量子被称为“微观世界的小精灵”,爱因斯坦-玻尔论战,为人类开启了量子世界之门。如今,量子科技引领着新一轮科技革命与产业变革方向。量子科研现有三大应用方向——量子计算、量子通信和量子传感/量子精密测量,其中的量子通信是一大热门。

传统的通信方式,有被窃听的风险,而量子通信就好像信息安全传输的“保护盾”,让窃听者“无处遁形”。个中关窍——量子随机数发生器技术与量子密钥分发技术,是量子通信的重中之重、难中之难。

徐兵杰所在的中国电子科技集团公司第三十研究所,是四川较早涉足量子通信的科研机构;他本人从事该领域研究时,国际上相关研究也仅仅是“小荷才露尖尖角”。

一场会议,敲开量子通信的科学大门

与量子通信结缘,是2006年的一场会议。彼时,徐兵杰正读大学三年级,保研在即,但继续深造的方向,他迟迟未定。本科学习电子信息科学技术,让徐兵杰的深造选择颇多。

无意中,他参加了一场量子科学的学术研讨会,对此领域的兴趣骤然而生,“量子通信是迄今唯一被严格证明无条件安全的信息传输方式。因为随机产生数列,目前还没有人能够破译,是世界上最高级别的安全保密通信。”

心生向往的他,随即进一步查询信息得知:量子通信概念1984年才开始提出,1992年后逐步得到重视、日渐发展。在他看来,“这是一个新领域,意味着‘摘星’不无可能。”

而真正让徐兵杰坚定选择量子通信方向,则是“量子科技发展具有重大科学意义和战略价值”。以量子密钥分发和量子随机数发生器为代表的量子保密通信技术,是量子信息时代网络安全防护的核心,对确保我国信息安全底线、增强网络空间安全防御能力均具有重大战略意义。

2012年,徐兵杰从北京大学博士毕业后,顺利进入中国电科三十研究所,投身量子保密通信研究事业。

初来三十所,一切从零开始。最初两年时间,徐兵杰是所里唯一的量子领域研究者。他如同摸着石头过河,时刻提醒自己要谨慎努力。那些年,徐兵杰向业界靠拢的方式,是一周飞一次北京,“向先进学习,向前沿看齐”。他在不断与国内外顶尖科研人员交流合作中获益良多,更清楚研究的方向和当下的境遇。

“对于量子研究,国内外都处在同一起跑线上,量子或将成为中国科技弯道超车的重要‘加速器’。”徐兵杰解释,当前,经典计算机的发展已到天花板,量子或许是“打开下一场科技革命的‘钥匙’”,“在量子时代来临时,我们必须率先占领这项技术高地。当前正是全力以赴做好准备的阶段。”

一项精密研究,要进行无数次的验算。过程中,每个设备工具、每项工序流程,都要确保万无一失,其艰辛可想而知。基于此,2014年,徐兵杰组建团队,系统性开展量子保密通信基础理论探索、关键器件研制、系统集成及组网应用研究。

如今,徐兵杰团队所代表的中国电科,在连续变量量子密钥分发(CV-QKD)和量子随机数产生技术方向上的研究已处于国际先进水平,其研发出的系列量子保密通信样机,已构建起覆盖量子态制备、传输控制、探测及数据处理等关键环节的完备知识产权保护体系。

一篇论文,夯实求实严谨的学术风格

徐兵杰与量子通信同行的18年,离不开一位关键人物——中国量子技术领域的“领军人”郭弘。

2007年,徐兵杰被保送北大,成为郭弘教授的博士生。初见导师,谦谦君子的温润形象让徐兵杰印象深刻,也让他在学术道路上,懂得保持谦卑。在跟随郭弘教授学习的过程中,郭弘“极其干净”的做事为人风格,让徐兵杰获益匪浅。

“极其干净”意味着在能力范围内追求极致、追求精炼,前提则意味着需要花费大量的时间和精力去梳理呈现,并且达到去粗取精、去繁就简的效果。在徐兵杰记忆里,老师的PPT永远一目了然,“找不出半点含糊其词处,连标点符号也不容有失。”

郭弘“clean、clear、clever”的教学、科研模式,对徐兵杰影响深远,“3C”也因此成为他一以贯之的风格。“对待科研,要以百分百的认真态度。”徐兵杰说,文档、文件干净整洁,没有不舒服的“小毛刺”;逻辑条理清晰简洁、纲举目张,不会东拉西扯;聪明、精巧、全面地展示写作的思维和风格,有的放矢,不遮遮掩掩。这些都需要长期的坚持和对事物有力的把控。

徐兵杰清楚地记得,2010年,博士时期发表的第一篇文章,关于“量子密钥分发系统光源实际安全性”,前前后后经过一年半的修改。其间,老师郭弘帮助他潜心打磨,“修改了26稿!”哪怕老师出差期间,也会悉心批注修改意见,及时回传给他。

读博5年,徐兵杰一篇论文贯穿三分之一的学习生涯,不仅培养了他在基本科研方法、积累实践经验方面的扎实功底,还为他眼界的拓展提升、看问题角度的灵活切换等提供了诸多可能性。

对徐兵杰科研的严谨之风,相处十年的老同事黄伟颇有感触。“每周团队例会,即使再忙,徐老师也会抽时间一丝不苟地帮大家修改文档,甚至会小到断句停顿,他都要逐一仔细指导、答疑解惑。”

如今,徐兵杰也成为导师。对他来说,授人以鱼不如授人以渔,“要给学生一套‘工具箱’,做任何科研,涉及任何主题,都能从这套思维逻辑来解构,远比直接给予‘正确答案’更有成效。”

作为领头人,徐兵杰在管理自己的科研团队时,也注重通过身体力行的示范作用,培养团队严谨干净的行事风格。他尤为在意温故而知新。每个月、每一年,徐兵杰都会让团队成员“回头看”,发现对错、总结得失,提出问题的解析、展示下步的规划。为此,年轻人经常叫苦不迭,徐兵杰干脆直言:“科研很多时候是‘摸着石头过河’,事前事后都下真功夫,更能让大家清晰明白地前行。”

连续变量量子密钥分发系统工程样机。

一条道路,坚守“顶天立地”的科研目标

把科研瞄准国家重大战略需求,把论文写在世界科技前沿阵地。从踏入三十所开始,徐兵杰便为自己定下“顶天立地”的科研目标——要向上,目标高远,朝国家重大需求靠拢,向世界一流前行;要向下,科创成果走出“书房”,落在广阔天地。

早期,在量子密钥分发领域,以离散变量量子密钥分发协议为主。2014年组建团队后,徐兵杰不愿在科研上拾人牙慧,希望有所建树。于是,他不断往科学更深处探寻、向未知领域出发。当徐兵杰敏锐地洞察到连续变量量子密钥分发技术具有的巨大潜力和广阔的应用前景时,立即率领团队着手布局。

对三十所来说,这是一个全新的研究方向,毫无经验积累和技术储备;对团队来说,这是前所未有的挑战,本就是一群急需成绩稳住脚跟的新进人员,偏偏踏入一条湍急莫测的河流。

彼时身为团队总工程师,徐兵杰的压力可想而知,“单位要成绩,团队要未来。”

上千个日夜,他投身到相关基础理论和关键技术的突破中去,节假日加班加点是家常便饭。面对一个个科学难题和技术瓶颈,当万家灯火在除夕夜亮起时,他办公室的灯也不曾熄灭。

连续5年,没有成果产出,坐冷板凳时有发生,团队成员也发出不同声音。妻子笑评徐兵杰“拥有超绝钝感力”——一心投入科研,周遭的冷眼、锐评,统统可以置之不理。

功夫不负有心人。2020年,徐兵杰团队厚积薄发,迎来新技术突破:研制的高性能城域CV-QKD系统刷新同类方案的世界纪录。相关成果振奋人心,并迅速引起国内外同行的广泛关注。

攻城难,守城更难。面对国际同行的激烈竞争,徐兵杰不敢有丝毫懈怠,率领团队持续开展CV-QKD技术的实用化攻关。2022年,团队在世界上首次实现了城域范围内百兆量级量子密钥分发,并完成高速城域网CV-QKD系统的研制,相关成果作为2022年度国内外量子通信方向代表性成果,被列入量子信息网络产业联盟发布的《量子信息技术产业发展报告(2022年)》;这也是公开报道成果中,目前传输速率最快的CV-QKD系统。

目前,徐兵杰正在开展实用化设备研制,包括连续变量量子密钥分发系统和量子随机数发生器。但就现有条件而言,这两类设备性能并不完备,机箱达到4U(高178mm,宽437mm,深648mm)的体积,能耗较高。

他的目标是,提升性能的同时,将囊括关键技术的设备做到只有一个手机大小,“这在应用上将是极其难得的突破。”

(受访者供图)

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