陸衛：中國的量子通信研究走在世界前沿
陸衛
8月16日，我國成功將世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空。量子通信是中國處於全球研究第一陣營的項目之一。去年冬天，澎湃新聞記者就有關量子通信的問題採訪了中國科學院上海技術物理研究所所長陸衛研究員。
量子通信利用了物質的量子特性
澎湃新聞：什麼是量子通信？
陸衛：到目前為止，是利用物質的量子特性，來對通信過程保密，進行加密。並不是說我把信息用量子當作載體，而是產生秘鑰。所以我們的實驗，另一個名詞叫量子秘鑰分發，或量子秘鑰分配。
量子通信的基本原理利用了量子的粒子性。量子是一份一份的，所以兩個人通信的時候，甲給乙的信號，你收到了，別人就收不到，如果中間過程有竊聽或者有丟失，別人收到了，你就收不到。這個過程當中，凡是收到的信號，只有甲和乙知道，別人就不可能竊聽。假設竊聽的人有很大的能力，它可以把量子裡面的東西，每個量子態收到以後，拷貝以後，再發給你，這裡面又用到了量子力學另一個原理，就是測不準原理，或叫不可複製原理。量子態通過複製以後，再生成一個量子態，它的誤碼率就會增加，所以我們兩個通訊的人在最後只要去計算我們兩個收到的碼和發出的碼的誤碼率，如果超過一定的量，這個碼就不安全，我可以不要。而如果這個誤碼率低於多少，那我從數學上可以嚴格證明，它一定是安全的。
所以目前我們做的量子通信，就是通過量子的方法產生秘鑰，然後確保通信載體的安全性，今後可以把每一個量子作為信息來調製，這方面的研究也在做。
澎湃新聞：量子通信具體怎麼做？
陸衛：我從空間打下一束一束光，但這個激光非常弱，每一次發射，我們是控制在0.8個光子，或者0.5個光子。因為光弱到一定的時候，是一份一份的，所以我每次調製到非常小，然後下來以後有一個概率問題。我最好有個設備，每次都發一個光子，但這個做不到的，要麼成本非常高，我們現在就是用弱光子來做，但是它這麼小的光，我地下怎麼接得到啊？它是發的小，但是頻率很高，我們一秒鐘發50兆個脈衝，整個光子數是50兆或者100兆乘以0.8，這樣來提高它的亮度，然後我地面就能接收。不是所有都能接收到的，我可能接收到十分之一，也可能接收到百分之一，大概能夠接收到成碼的幾十K，作為通信的密碼足夠了。
以後如果你要把量子作為載體的話，那你這麼低的概率就不行，而必須都能收到。最早量子通信在地面就是在光纖裡面做的，因為光纖裡面，要比自由空間裡面條件好得多，激光一頭進去，跑不到外面去的。但是光纖有一個弱點，因為光纖是靠光的全反射，激光在光纖里跑的時候，它在光纖壁上不斷在反射，有損耗。損耗到一定程度時，量子通信就做不成了。所以用光纖做，距離是有限的，做不成全球的量子通信，我衛星就能做到全球的。
中國的量子通信研究走在世界前沿
澎湃新聞：我們國家量子通信研究進展怎樣？
陸衛：我們國家量子通信領域應該說是走得比較快的，特別是國外留學的科學家、博士回國（有很多）。我們這個工作都是跟中國科技大學潘建偉院士合作的，他21世紀初回來以後就一直在做，這方面的成就全世界公認。我們是走在全世界前沿的。
我們有一個名詞叫量子調控。以前對量子現象可以去觀察、分析，但到21世紀，人已有能力去控制這個量子現象，可以去調控它，所以叫量子調控。現在這方面真正有應用前景的，一個是量子通信，一個是量子計算。相對來說，量子通信做得快一點，現在可以初步進行實際的驗證和初步的應用。
澎湃新聞：你們為什麼會做量子通信？
陸衛：我們上海技術物理研究所一直是做紅外光電探測技術的，有一部分應用是遙感領域。現在大家看到的天氣預報，這裡就有我們做的多光譜紅外相機在天上拍，現在精度要求越來越高。把光電通信技術、光通信技術用在量子通信上面，是我們現在在做的工作。
澎湃新聞：紅外和光電探測怎麼和量子通信有關係？
陸衛：紅外和光電探測，最早是被動的，就是太陽照在地球上，反射上去，我從衛星上看，獲得物理量，這是一種探測。這個還是一種大信號的探測。後來有了激光以後，我們可以用激光來做主動探測。前面一種是被動的，光源是太陽下來的。到激光以後，就是一種主動探測，設備先發出一束激光，探測激光在物質上作用以後，我們叫回波，我們探測這個信號來分析地面目標的特性。
比如我測距離，過去以後回來多少時間。第二種，我也可以激光探測物質的特性，比如它反射率是多少。量子是主動的非常弱的光電探測，它每次發的就是零點幾個光子，這個就比一般的激光主動光源更難。我們原來是做被動的，後來又做主動的激光探測，從光的探測原理上講是一樣的，但光的源和強度不一樣。當然在難度上，越弱、越主動的越難。我們實驗室也是這麼走過來的，從一般的被動探測到主動探測，到非常弱光的主動探測。
中國航天成果越大，美國人的禁運就越厲害，它覺得你發展太快了。但禁運也是一隻雙刃劍。舉個例子，我們的探測器、感測器是核心部分。可見光的感測器，軍事運用相對弱一點，國外一般是不完全禁運的，而紅外探測器絕對是禁運的，所以我們現在上天的紅外探測器都是自己做的。可見光的感測器就不行，因為它能運進來，相對國內發展就慢。國外不賣給你，你沒辦法，就得自己想辦法做出來。有時候禁運反而促進了你這個方向的發展。
澎湃新聞：這對我們的半導體工業要求比較高？
陸衛：所以國家科技重大專項，第一項就是「核高基」嘛，就是「核心電子器件、高端通用晶元及基礎軟體產品」的研製。我們現在做的核心紅外器件，都是自己做的，這買不到，但是差距還是存在的，得先解決已有的問題，一點一點做。
原來有一個摩爾定律，說是集成電路上可容納的晶體管數目，18個月翻一倍，價格低一倍。老早就說摩爾定律要被推翻了，但有一點是確定的，就是現在要建一條完全的半導體供應線，那是數百成千億美金的投入，量很大，不是很小的一個集團能夠投得起的。但是現在的半導體設計，確實變成小企業可以做的事情了。中國人設計不笨啊，都能做，如果能有好的平台，也能做出東西來。
經費永遠短缺，針對中間層人才政策不夠
澎湃新聞：科研經費立項、分配機制是怎樣的？
陸衛：在科學院裡面，我們是偏應用研究和工程研究一類的，所以我們的產品絕大部分是國家的特殊需求，比如說氣象衛星、環境監測衛星。經費渠道是多方位的，一個我們現在國家還會給一些基礎研究經費，以前叫事業費，現在叫創新經費，這還是小頭的。主要還是根據國家的需求，在國家的大平台上，通過競爭得到國家的支持，這塊是大頭。比如國家需要發展氣象衛星或量子衛星，這個任務出來以後，有這個能力的人都可以去應標。
澎湃新聞：經費感覺充裕嗎？
陸衛：經費永遠是短缺的，要看你怎麼比。如果和自己比，和過去比，國家在這方面的保障已經強很多了，某種程度上說，我們的科研已經進入到比較好的良性循環階段了。和國外的投入比，我們還是低一點。但中國人還是有中國人的辦法，通過自己的努力，同樣能完成和國外（差不多的成果），甚至有些地方能夠超過國外了。
澎湃新聞：人才引進方面如何？
陸衛：人才競爭是最關鍵的。現在國家有很多人才計劃，高端的像國家千人計劃，中國科學院的百人計劃。具體到上海，到我們研究所，不單自己戶口沒問題，家屬的戶口也沒有問題。人才是要有梯隊的，比如有頂尖人物，還要有一批骨幹和中間層。針對中間層人才，目前有一定的政策，但我個人認為是不夠的。我們技術物理研究所每年培養幾十個甚至上百個博士，但是真正能留下來的沒有幾個。留不下來的主要原因，還是和民企和國外相比，在待遇上有差距，包括能夠落戶的，還要經過打分什麼的。這方面（能不能）給予進一步的政策，是吸引人才現在比較難的問題。
共性管理和特殊管理怎麼統一，是學問
澎湃新聞：經費立項之後，怎麼管理？
陸衛：我們技術物理研究所的政策是屬於全成本核算。經費申請到了，特別是工程任務，它不是一個教授或研究員的錢，是整個團隊的。它是按計劃，由專門機關來管理這個經費，要按計劃、按節點、按需求來使用。而且現在國家對經費使用越來越嚴格，買老酒的錢是不能去買醋的。下面的研究人員也是按需求，然後分步來使用。
有一些純基礎研究，前面計劃性不是特彆強的，可能會寬鬆一點，但是裡面的科目也是非常明確的，比如哪些經費是可以用於人的，哪些經費是用於材料的，哪些經費是用於設備的，在申報國家計劃裡面都非常清楚。
澎湃新聞：與國外科研經費比較，我們如何？
陸衛：這十幾年裡，我們國家的科研水平還是有大幅度增長的。第二，我們現在有些投入。十幾年前去美國看，我們的投入大概是它們的十分之一，現在我們是比較大幅度增加。比如我們的研究所，比較好的實驗室，一年人均沒有上百萬元的投入，你是做不出很特殊的成績的。這個就相當於15萬美金了，在美國也不算少。不同的實驗室、不同的地方有區別，至少都有大幅度的增長。但是有一點還是有差距的，對人的投入比人家少，它們大概是有60%甚至70%投到人身上，我們現在大概三分之一左右，可能還要更少一點。
澎湃新聞：如何提高科研經費效率？
陸衛：現在為了管好科研經費，花了很多力氣，也出了很多文件。現在我們做一個科研項目，預算要填很多，每一件東西都定下來。但科研上這麼做確實是影響效率的，因為科研本身就有一個不確定性，今天說了我要買這個相機，可能我做的時候會發現，買這個相機不合適，我要買那個相機去，但要調整是很複雜的。當然，從管理部門的角度來說，它也沒辦法，它有一個個項目，不能為你的特點（而調整管理），只能是依據共性去管理。這個共性的管理和那個特殊的管理怎麼統一，是一門學問。
考核時要給基礎研究一定的寬容度
澎湃新聞：考核機制如何？
陸衛：如果是基礎研究的，考核的就是論文、專利、獎勵，就是這些。雖然我們說，做研究最終目的不是發論文，但基礎研究成果的唯一的表現和國際承認，就是論文。
但是我們做應用研究的，或做國家重大任務的，那考核你的情況就是，項目完成沒有。這方面任務下來以後，它有計劃，有節點，甲方會天天來考核你的，所以這裡面的壓力和緊迫性，要比基礎研究大得多。每個任務都有節點，按節點預算撥經費，你做不到，首先要解釋為什麼沒做到，你能不能做到，後面補救的措施是什麼。這樣，科研人員壓力很大。
然後到後面，比如說，五年要結題的，一項項指標都要測過來。比如衛星，更加是一點馬虎眼都不能打的。我們現在做量子衛星，明年（2016年）要發射了，如果你這裡留著隱患，或者沒有很認真去做，那上天之後馬上就不行了。所以，這個考核比定個計劃或寫個什麼東西那種考核都厲害。
澎湃新聞：工程研究比基礎研究效率更高？
陸衛：基礎研究要給它一些餘地，因為基礎研究不可能保證出什麼。你要給它一定的寬容度，換句話說，你給它錢，不要指望五年以內三年以內它給你抱個金娃娃。也可能十個一百個項目裡面出幾個特別靚的，這完全有可能。（但假如）你沒有這個基數，那麼一個兩個成果也出不來。目前有些地方對基礎研究，實的考核還是太多了點，因為一實以後，它創新性就沒有了，就想著我怎麼樣應付你的考核，考核過去就行了。
如果是做工程的、要上天的項目，考核就很清楚：你的成功與否不是你自己說了算，結個題、專家評一下（就可以了），而是要看設備上天以後的表現。這個你是忽悠不了的，所以必須非常認真地去對待。
做產品開發一定要到一線去做
澎湃新聞：產學研這塊做得如何？
陸衛：中國科學院對國家的貢獻，第一，做國際一流的基礎研究，第二，解決國家的重大問題，像我們衛星啊，國防啊，還有一塊，就是為國家的生產力發展做貢獻，為產業轉化做貢獻。實驗室出來的東西和市場上需求的東西實際上有很多差別，我們以前說從技術到產品，從產品到市場認可的產品、能夠掙錢的產品，比例大概是100:10。
我們現在要求，你科研人員，如果願意做產業化的，就一心一意去做產業化，別兩頭跨，就是我這裡國家好處拿著，又希望產業化，能夠拿點小錢補充自己。這樣做不好，你只有一心一意去做，你這個產品才有可能被市場接受。
所以我們現在一般採取和地方和企業合作的辦法，也建立一些工程中心，在江浙一帶，它們將我們所的技術在當地轉化稱產品。所以我們以前有一句開玩笑的話說，產業轉化的好壞和離研究所的距離成反比。在研究所，大家瞄的都是國家重大任務，因為這一塊做成以後，無論待遇、激勵都比較高。那麼你在這裡，今天想搞產品開發，明天國家項目挺吸引人的（你又想搞國家項目），這樣你這個產品也做不好。做產品開發一定要到一線去，在市場里去做。我們現在大概有四五個和地方合辦的工程中心，這些中心在逐步地產生產品。
研究所的管理壓力很大
澎湃新聞：現在研究所負責人看起來也像企業管理者一樣。
陸衛：像我們這樣的研究所，企業的成分是越來越多的，當然產品還是有點不一樣。我們中科院對各個研究所、領導班子有要求，沒有說都是國家給你任務，你也得有自己的發展規劃。最典型的是我們現在做的「率先行動」計劃，就是說，每一個研究所要對自己進行定位，到底是做基礎研究，還是做應用研究。
我們這裡有一個卓越創新中心（中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心——編注），就是要做國際一流的基礎研究。像我們所，選擇的是做創新研究，目標就是解決國家重大問題，做產品，做技術。具體怎麼做，要研究所自己做規劃，自己考慮。
進一步，我們有一個135規劃，就是每一個研究所要有一個定位，三五個幾年內能看到的突破，還要有五個甚至更多一點的突破你需要去培育。這樣一來，每個研究所一定是有短中長期的規劃。有了這個規劃，做得好的研究所，就做得比較健康。
我曾開玩笑說，現在要考核你的基礎研究，要考核你的應用研究、重大工程、國家任務完成沒完成，還要考核你的產業化轉化，所長要全能型的，從基礎研究到應用研究到產業化轉化都要懂。這確實對我們研究所的管理壓力很大。
要有適度競爭
澎湃新聞：企業的競爭比較厲害，研究所之間的競爭情況如何？
陸衛：一個地方沒有競爭就沒有進步。反過來，競爭過度了，也會走向反面。就是要適度。
我們院里也一樣的，最早的時候，每年要填表評估，後來大家都有意見，說太頻繁了。比如一個研究所，它原來發展得比較慢一點，評估數據不是太好；然後換了新班子，過幾年，發展得很好，很努力，也自己感覺很好，但是被採的數據有滯後，結果把它評估在很後面，它積極性就沒有了。這麼一來，不評行不行？不評也不行，大家沒壓力。國家給了錢，沒有回報也肯定不行的。所以，現在是適當延長評估的周期，盡量減少科技人員的壓力，但評估還是要的，現在基本上是三五年評估一次。
大家也認識到，現在不同的研究所不同的管法，像我們技術物理研究所這樣的應用型為主、工程比較多的研究所，可能就要引入更多企業化的管理體制或者機制。這個不是你喜歡不喜歡，而是內因和外因結合，迫使你往這個方向去，不然就做不好。
責任編輯：田春玲澎湃新聞報料：4009-20-4009 澎湃新聞，未經授權不得轉載
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