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2023年度四川省杰出青年科學技術創新獎獲得者——

徐兵杰深耕量子通信 為信息安全帶上“保護盾”

2024年09月24日08:14 | 來源:四川日報
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原標題:徐兵杰深耕量子通信 為信息安全帶上“保護盾”

徐兵杰。 圖片由受訪者供圖

  初見徐兵杰,是在中國電子科技集團公司第三十研究所辦公室。辦公室干淨整潔,白紙文件堆放得整整齊齊,桌椅板凳書櫃沙發之外,找不出多余的飾物。

  交談間發現,他說話既提綱挈領、層次分明,又不失歡快洒脫、風趣幽默。

  對於榮獲2023年度四川省杰出青年科學技術創新獎,徐兵杰倍感驕傲,“這是對我18年來在量子通信領域‘從一而終’的認可。”

  量子被稱為“微觀世界的小精靈”,愛因斯坦-玻爾論戰為人類開啟了量子世界之門。如今,量子科技引領著新一輪科技革命與產業變革方向。量子科研現有三大應用方向——量子計算、量子通信和量子傳感�量子精密測量,其中的量子保密通信是一大熱門。

  傳統的通信方式,有被竊聽的風險,而量子通信就好像信息安全傳輸的“保護盾”,讓竊聽者“無處遁形”。個中關竅——量子隨機數發生器技術與量子密鑰分發技術,是量子通信的重中之重、難中之難。

  徐兵杰所在的中國電子科技集團公司第三十研究所,是四川較早涉足量子通信的科研機構﹔他本人從事該領域研究時,國際上相關研究也僅僅是“小荷才露尖尖角”。

  一場會議

  敲開量子通信的科學大門

  與量子通信結緣,是2006年的一場會議。彼時,徐兵杰正讀大學三年級,保研在即,但繼續深造的方向,他遲遲未定。本科學習電子信息科學技術,讓徐兵杰的深造選擇頗多。

  無意中,他參加了一場量子科學的學術研討會,對此領域的興趣驟然而生,“量子通信是迄今唯一被嚴格証明無條件安全的信息傳輸方式。因為隨機產生數列,目前還沒有人能夠破譯,是世界上最高級別的安全保密通信。”

  心生向往的他,隨即進一步查詢信息得知:量子通信概念1984年才開始提出,1992年后逐步得到重視、日漸發展。在他看來,“這是一個新領域,意味著‘摘星’不無可能。”

  而真正讓徐兵杰堅定選擇量子通信方向,則是“量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值”。以量子密鑰分發和量子隨機數發生器為代表的量子保密通信技術,是量子信息時代網絡安全防護的核心,對確保我國信息安全底線、增強網絡空間安全防御能力均具有重大戰略意義。

  2012年,徐兵杰從北京大學博士畢業后,順利進入中國電科三十研究所,投身量子保密通信研究事業。

  初來三十所,一切從零開始。最初兩年時間,徐兵杰是所裡唯一的量子領域研究者。他如同摸著石頭過河,時刻提醒自己要謹慎努力。那些年,徐兵杰向業界靠攏的方式,是一周飛一次北京,“向先進學習,向前沿看齊”。他在不斷與國內外頂尖科研人員交流合作中獲益良多,更清楚研究的方向和當下的境遇。

  “對於量子研究,國內外都處在同一起跑線上,量子或將成為中國科技彎道超車的重要‘加速器’。”徐兵杰解釋,當前,經典計算機的發展已到天花板,量子或許是“打開下一場科技革命的‘鑰匙’”,“在量子時代來臨時,我們必須率先佔領這項技術高地。當前正是全力以赴做好准備的階段。”

  一項精密研究,要進行無數次的驗算。過程中,每個設備工具、每項工序流程,都要確保萬無一失,其艱辛可想而知。基於此,2014年,徐兵杰組建團隊,系統性開展量子保密通信基礎理論探索、關鍵器件研制、系統集成及組網應用研究。

  如今,徐兵杰團隊所代表的中國電科,在連續變量量子密鑰分發(CV-QKD)和量子隨機數產生技術方向上的研究已處於國際先進水平,其研發出的系列量子保密通信樣機,已構建起覆蓋量子態制備、傳輸控制、探測及數據處理等關鍵環節的完備知識產權保護體系。

  一篇論文

  夯實求實嚴謹的學術風格

  徐兵杰與量子通信同行的18年,離不開一位關鍵人物——中國量子技術領域的“領軍人”郭弘。

  2007年,徐兵杰被保送北大,成為郭弘教授的博士生。初見導師,謙謙君子的溫潤形象讓徐兵杰印象深刻,也讓他在學術道路上,懂得保持謙卑。在跟隨郭弘教授學習的過程中,郭弘“極其干淨”的做事為人風格,讓徐兵杰獲益匪淺。

  “極其干淨”意味著在能力范圍內追求極致、追求精煉,前提則意味著需要花費大量的時間和精力去梳理呈現,並且達到去粗取精、去繁就簡的效果。在徐兵杰記憶裡,老師的PPT永遠一目了然,“找不出半點含糊其詞處,連標點符號也不容有失。”

  郭弘“clean、clear、clever”的教學、科研模式,對徐兵杰影響深遠,“3C”也因此成為他一以貫之的風格。“對待科研,要以百分百的認真態度。”徐兵杰說,文檔、文件干淨整潔,沒有不舒服的“小毛刺”﹔邏輯條理清晰簡潔、綱舉目張,不會東拉西扯﹔聰明、精巧、全面地展示寫作的思維和風格,有的放矢,不遮遮掩掩。這些都需要長期的堅持和對事物有力的把控。

  徐兵杰清楚地記得,2010年,博士時期發表的第一篇文章,關於“量子密鑰分發系統光源實際安全性”,前前后后經過一年半的修改。其間,老師郭弘幫助他潛心打磨,“修改了26稿!”哪怕老師出差期間,也會悉心批注修改意見,及時回傳給他。

  讀博5年,徐兵杰一篇論文貫穿三分之一的學習生涯,不僅培養了他在基本科研方法、積累實踐經驗方面的扎實功底,還為他眼界的拓展提升、看問題角度的靈活切換等提供了諸多可能性。

  對徐兵杰科研的嚴謹之風,相處十年的老同事黃偉頗有感觸。“每周團隊例會,即使再忙,徐老師也會抽時間一絲不苟地幫大家修改文檔,甚至會小到斷句停頓,他都要逐一仔細指導、答疑解惑。”

  如今,徐兵杰也成為導師。對他來說,授人以魚不如授人以漁,“要給學生一套‘工具箱’,做任何科研,涉及任何主題,都能從這套思維邏輯來解構,遠比直接給予‘正確答案’更有成效。”

  作為領頭人,徐兵杰在管理自己的科研團隊時,也注重通過身體力行的示范作用,培養團隊嚴謹干淨的行事風格。他尤為在意溫故而知新。每個月、每一年,徐兵杰都會讓團隊成員“回頭看”,發現對錯、總結得失,提出問題的解析、展示下步的規劃。為此,年輕人經常叫苦不迭,徐兵杰干脆直言:“科研很多時候是‘摸著石頭過河’,事前事后都下真功夫,更能讓大家清晰明白地前行。”

  一條道路

  堅守“頂天立地”的科研目標

  把科研瞄准國家重大戰略需求,把論文寫在世界科技前沿陣地。從踏入三十所開始,徐兵杰便為自己定下“頂天立地”的科研目標——要向上,目標高遠,朝國家重大需求靠攏,向世界一流前行﹔要向下,科創成果走出“書房”,落在廣闊天地。

  早期,在量子密鑰分發領域,以離散變量量子密鑰分發協議為主。2014年組建團隊后,徐兵杰不願在科研上拾人牙慧,希望有所建樹,於是不斷往科學更深處探尋、向未知領域出發。當徐兵杰敏銳地洞察到連續變量量子密鑰分發技術具有的巨大潛力和廣闊的應用前景時,立即率領團隊著手布局。

  對三十所來說,這是一個全新的研究方向,毫無經驗積累和技術儲備﹔對團隊來說,這是前所未有的挑戰,本就是一群急需成績穩住腳跟的新進人員,偏偏踏入一條湍急莫測的河流。

  彼時身為團隊總工程師,徐兵杰的壓力可想而知,“單位要成績,團隊要未來。”

  上千個日夜,他投身到相關基礎理論和關鍵技術的突破中去,節假日加班加點是家常便飯。面對一個個科學難題和技術瓶頸,當萬家燈火在除夕夜亮起時,他辦公室的燈也不曾熄滅。

  連續5年,沒有成果產出、坐冷板凳時有發生,團隊成員也發出不同聲音。妻子笑評徐兵杰“擁有超絕鈍感力”——一心投入科研,周遭的冷眼、銳評,統統可以置之不理。

  功夫不負有心人。2020年,徐兵杰團隊厚積薄發,迎來新技術突破:研制的高性能城域CV-QKD系統刷新同類方案的世界紀錄。相關成果振奮人心,並迅速引起國內外同行的廣泛關注。

  攻城難,守城更難。面對國際同行的激烈競爭,徐兵杰不敢有絲毫懈怠,率領團隊持續開展CV-QKD技術的實用化攻關。2022年,團隊在世界上首次實現了城域范圍內百兆量級量子密鑰分發,並完成高速城域網CV-QKD系統的研制,相關成果作為2022年度國內外量子通信方向代表性成果,被列入工信部中國量子信息網絡產業聯盟發布的《量子信息技術產業發展報告(2022年)》白皮書﹔這也是公開報道成果中,目前傳輸速率最快的CV-QKD系統。

  目前,徐兵杰正在開展實用化設備研制,包括連續變量量子密鑰分發系統和量子隨機數發生器。但就現有條件而言,這兩類設備性能並不完備,機箱達到4U(高178mm,寬437mm,深648mm)的體積,能耗較高。

  他的目標是,提升性能的同時,將囊括關鍵技術的設備做到隻有一個手機大小,“這在應用上將是極其難得的突破。”

□四川日報全媒體記者 蘭珍

(責編:袁菡苓、羅昱)

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