量子纠缠+AI赋能！浙江学子攻克新技术难题

【导语】近日，中国计量大学“量子智探”学生创新团队成功研发出“量子纠缠智能拉曼光谱仪”，并与浙勘集团浙江浙勘检测有限责任公司达成产学研战略合作。该设备突破了传统光学时频共轭理论极限，解决了复杂环境检测的多场景兼容性难题，实现了拉曼光谱仪的代际飞跃。该创新不仅提升了检测精度百倍，还大幅缩短了数据分析处理时间，准确率高达98%。团队已获多项国家发明专利和软件著作权，计划进一步优化技术，推动国产替代与量产化，深化多领域应用探索。

近日，中国计量大学“量子智探”学生创新团队成功研发“量子纠缠智能拉曼光谱仪”，并与浙勘集团浙江浙勘检测有限责任公司达成产学研战略合作。

该设备不仅突破了传统光学时频共轭理论极限，还成功解决了复杂环境检测的多场景兼容性难题。“这台仪器实现了拉曼光谱仪的代际飞跃。”公司总工程师何莲对测试的效果非常满意。

量子纠缠智能拉曼光谱仪。受访者供图
作为一种重要的光谱分析仪器，拉曼光谱仪被广泛应用。

其原理是由激光光源作用于样品产生拉曼散射光，形成图谱，从而分析化学成分及微观结构。时间分辨率和频率分辨率，是拉曼光谱检测技术的重要参数。传统拉曼光谱仪受限于光学时频共轭性理论限制，信号采集存在“天花板”。就像用手机拍一辆飞驰的赛车，要么拍糊了，要么像素低。高时间分辨率和高频率分辨率，二者“鱼和熊掌不可兼得”。

三年前，林(lín)翔(xiáng)、章(zhāng)博(bó)乐(lè)和(hé)陆(lù)洲(zhōu)等(děng)几(jǐ)名中(zhōng)国(guó)计(jì)量(liàng)大(dà)学(xué)荣(róng)誉(yù)学(xué)院(yuàn)量(liàng)新(xīn)学(xué)院(yuàn)的(de)学(xué)生(shēng)在(zài)《前(qián)沿(yán)科(kē)技(jì)》课(kè)上(shàng)突(tū)发(fā)奇(qí)想(xiǎng)，“既然量子纠缠能突破经典光学极限，为什么不用它改造拉曼光谱仪？”于是，他们在实验室搭建了一个简单粗糙的光路模型，隔板外壳用的还是泡面的大纸盒子。谁也没想到，这个被学生们戏称为“纸盒实验”的尝试在迭代了47版方案后终于有了转机。

团队创新使用量子纠缠光技术，通过纠缠态光子对增强拉曼散射，同时捕捉到了负责记录时间和事件的信号光子和闲频光子信息。他们还将二维铋烯材料镀膜在BBO晶体上，代替传统非线性晶体，成功解决了纠缠光源产生率不高和不稳定的问题。最终成功实现了时间和频率的高分辨率，使频率分辨率达到0.1波数每厘米、时间分辨率突破至20飞秒，将检测精度提升了百倍。

“水中如果含有极其微量的有毒的孔雀石绿，用传统方法检测不出，用这台仪器一查一个准。”浙勘检测公司的工作人员说。

团队在实验室进行仪器调试及测试(shì)。受(shòu)访(fǎng)者(zhě)供(gōng)图(tú)

传(chuán)统(tǒng)光(guāng)谱(pǔ)分(fēn)析(xī)主要(yào)依(yī)赖(lài)专(zhuān)家(jiā)经(jīng)验(yàn)或(huò)者(zhě)软(ruǎn)件(jiàn)分(fēn)析(xī)，误(wù)判率高，根据样品的复杂程度检测时间从几秒钟到几个小时不等。

“量子智探”团队里人工智能、计算机专业的学生们基于百万级的矿物、生物分子光谱数据库，开发(fā)了(le)边(biān)云(yún)双(shuāng)擎(qíng)光(guāng)谱(pǔ)智(zhì)能(néng)解(jiě)析(xī)AI算(suàn)法(fǎ)和(hé)计(jì)量(liàng)溯(sù)源(yuán)算(suàn)法(fǎ)，研(yán)发(fā)出(chū)自(zì)适(shì)应(yīng)动(dòng)态(tài)学(xué)习(xí)系(xì)统(tǒng)，将(jiāng)数(shù)据(jù)分(fēn)析(xī)处(chù)理(lǐ)速(sù)度(dù)缩(suō)短(duǎn)到(dào)了(le)1秒(miǎo)以(yǐ)内(nèi)，检(jiǎn)测(cè)结(jié)果(guǒ)的(de)可(kě)靠(kào)性(xìng)也(yě)大(dà)大(dà)增(zēng)强(qiáng)。在(zài)浙(zhè)勘(kān)检(jiǎn)测(cè)、海(hǎi)关等(děng)的(de)检(jiǎn)测(cè)试(shì)用(yòng)中(zhōng)，设(shè)备(bèi)从(cóng)混(hùn)杂(zá)各(gè)种(zhǒng)干(gàn)扰(rǎo)的(de)包(bāo)裹(guǒ)内(nèi)快(kuài)速(sù)锁(suǒ)定(dìng)微(wēi)量(liàng)药(yào)物(wù)残(cán)留(liú)，准(zhǔn)确(què)率(lǜ)高(gāo)达(dá)98%，较(jiào)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)法(fǎ)提(tí)高(gāo)了(le)22.5%。

目(mù)前(qián)，高端拉曼光谱仪约90%源(yuán)自(zì)进(jìn)口(kǒu)。“希(xī)望(wàng)同(tóng)学(xué)们(men)的(de)成(chéng)果(guǒ)能(néng)推(tuī)动(dòng)国(guó)产(chǎn)替(tì)代(dài)、降(jiàng)低(dī)检(jiǎn)测(cè)门(mén)槛(kǎn)。”团(tuán)队(duì)指(zhǐ)导(dǎo)教(jiào)师(shī)程(chéng)芳(fāng)透(tòu)露(lù)，项(xiàng)目(mù)团(tuán)队(duì)的(de)大(dà)学(xué)生(shēng)们(men)以(yǐ)第(dì)一(yī)发(fā)明(míng)人(rén)和(hé)第(dì)一(yī)作(zuò)者(zhě)身(shēn)份(fèn)，已(yǐ)获(huò)10项(xiàng)国(guó)家(jiā)发(fā)明(míng)专(zhuān)利(lì)、3件软件著作权，并发表了6篇SCI/EI顶(dǐng)刊(kān)论(lùn)文，论(lùn)文单(dān)篇(piān)最(zuì)高(gāo)影(yǐng)响(xiǎng)因(yīn)子(zi)达(dá)21.1。

该团队表示，接下来将继续优化技术，推动设备的量产化，并与更多行业合作，深化在材料分析、化学检测、医学药物检测、环境监测、海关安检与公安刑侦等领域的应用探索。