我国量子点超快光物理研究取得进展

来源：环球网

【环球网科技综合报道】9月30日消息，据《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）报道，近日，中国科学院大连化学物理研究所科研团队在量子点超快光物理研究中取得进展，揭示了胶体ZnSe量子点的超快俄歇复合机制，并基于此实现了光电发射和水合电子生成。

资料显示，硒化锌（ZnSe）基胶体量子点具有无镉、无铅、导带能级高等特点，其光生电子还原力强，在光化学和光电子学领域备受关注。

传统量子点光电发射受限于库伦型俄歇过程较慢、热电子冷却过快等因素，自由电子难以逃逸出材料体系。

已有研究表明，二价锰离子（Mn2+）掺杂的ZnSe量子点可通过自旋交换俄歇机制高效发射自由电子，但在未掺杂的普通ZnSe量子点中，能否利用其本征库伦型多激子俄歇复合实现光电发射和水合电子生成，此前尚不明晰。

上述研究发现，在未掺杂的普通ZnSe量子点中也可实现光电发射并驱动生成水合电子，其来源是ZnSe量子点中极快的多激子俄歇复合。

团队合成了一系列不同尺寸的ZnSe量子点，并结合飞秒瞬态吸收光谱，研究了尺寸依赖的俄歇复合动力学过程。

结果显示，ZnSe量子点的双激子寿命（

美国：空天飞机是个无底洞，我们早砍了! 中国：那是你不会降成本!

远处，天空传来一声低沉的轰鸣，一道流畅的影子划破天际，轻盈地掠过跑道上方，平稳落地，减速滑行，最终稳稳停在了停机坪上。

仅仅20分钟，从酒泉卫星发射中心到阿拉善右旗巴丹吉林机场，一趟看似平常的飞行。

如果只看这落地的一幕，或许你会误以为这只是一架普通的客机正在进行例行试飞。

然而，这架外观充满未来感的飞行器，几分钟前刚刚从离地百公里的亚轨道边缘一路滑翔而来。

中国航天科技集团随后官宣，我国首型亚轨道可重复使用运载器试验飞行取得圆满成功！它不仅实现了与普通飞机一样的水平起降，更标志着中国在低成本航班化太空运输的全球竞赛中，迅猛地迈入了第一梯队。

消息犹如一枚重磅炸弹，瞬间传遍全球。

海外的航天大佬们，揉了揉惺忪的睡眼，仿佛在做梦。

等等，这到底是怎么回事？空天飞机？不是二十年前就被判定为‘无底洞’，直接砍掉了吗？中国怎么不但做出来了，还做成了20分钟一趟的‘太空班车’？ 事情远比表面看上去复杂得多。

这不仅仅是一次普通的试飞，更是一场跨越三十年的路线决战，一场工业能力差距的降维打击。

## 美式悲剧：被军方指标绑架的吞金巨兽 要真正理解这20分钟的含金量，必须先拨开历史尘埃，看看当年美国航天局（NASA）是如何被空天飞机坑得苦不堪言的。

本应是人类梦想中的终极航天形态——像飞机一样水平起降，进出太空，随时待命——航天飞机承载了无数希望。

早在20世纪70年代，美国就在这个方向上投入了巨大的资源。

然而，航天飞机最终变成一场噩梦，是因为它一出生就被五角大楼绑架了。

彼时，冷战如火如荼，美国空军提出了一个近乎疯狂的要求：航天飞机必须具备一次轨道跨越的能力。

简单来说，军方希望航天飞机从本土起飞，绕地球飞一圈时，直接在苏联上空截击并摧毁苏联的卫星，然后不经过二次调整，凭空在大气层顶端做一次超大角度的侧向滑翔，直接返回美国本土。

为了满足这个带有浓厚科幻色彩的军事需求，原本设计精巧、轻盈的航天飞机被迫改用臃肿的机身和巨大的双三角翼。

整机重达近100吨，这导致了重返大气层时的热流和控制难度飙升至物理极限。

后果是灾难性的：首先是那令人沮丧的手工贴瓷砖的噩梦。

为了抵抗极端的高温，航天飞机的腹部需要贴上约3万块隔热瓦（HRSI）。

由于机身曲面复杂，每块瓦的形状都千差万别。

每次返回后，技术人员只能拿着小锤子，一块一块地敲击，听声音判断瓦片是否有松动，再用有机硅胶水重新粘合。

其次是高昂的维修成本，维修费用甚至比购买新车还要贵。

宣称的可重复使用仅仅是一种空洞的承诺。

每次返回后的拆解检测，都需要耗费数月时间。

最终，巨额的账单压垮了航天飞机计划：整个项目烧掉了1960亿美元，平均每次发射的成本高达15亿美元！2003年，哥伦比亚号因一块脱落的防热泡沫砸毁了左翼隔热瓦，机毁人亡，彻底宣告了这项计划的终结。

在2001年，NASA又试图搞全复合材料的单级往返空天飞机原型机（X-33），结果烧掉了13亿美元，结果液体氢燃料箱直接炸裂，项目被迫叫停。

西方航天界由此得出一个铁律：翼式滑翔/空天飞机路线就是一个无底洞！ 只有通过SpaceX那样的火箭垂直回收（VTVL）才能实现可重复利用的未来。

## 30年的隐忍：不是路线错，是你们当年生不逢时 西方高呼此路不通，但中国航天人却在废墟中看到了希望。

时光倒流到1986年，中国制定863计划时，航天界曾爆发过一场长达数年的论战：中国的载人航天，究竟是跟随美国搞航天飞机，还是走传统的飞船路线？ 以庄逢甘、顾诵芬等为代表的专家团队经过严密的计算，得出了一个前瞻性的结论：航天飞机的理念确实具有革命性，但70年代的材料学和计算能力根本无法支撑它的野心。

当时强行上马，无异于用农业时代的底座去建造工业时代的飞船，注定要失败。

于是，中国制定了谨慎的两条腿走路的战略：一方面，用载人飞船（神舟系列）稳扎稳打地解决空间站问题；另一方面，对高升阻比的可重复使用运载器保持战略定力，默默攻克材料和算法难题，等待技术成熟再给西方一个惊喜。

三十年一晃而过，当中国工业底座全面爆发时，当年卡住美国的技术难题，一个接一个被解开了：防热瓦碎裂？ 现代中国已经搞出了一体化成型的高温碳基/硅基复合材料，机身就像穿了一件无缝的纳米防晒衣，再也不需要人工敲瓷砖、刷胶水了。

气动控制难度太大？ 现代超算结合大模型与高精自主控制算法（飞控系统）能够让飞行器在极高热流和超音速状态下自动调整气动舵面，比当年宇航员手动操作精准成百上千倍。

这并不是中国照搬美国的路线，而是中国利用21世纪的现代工业能力，强行复活了一条被上一代科技强国抛弃的神级路线。

## 降本密码：把特技大蹦极改成太空客运班线 许多读者可能好奇，既然SpaceX的火箭回收技术已经成熟，为什么中国非要执着于这种水平着陆（HTHL）的空天飞机模式呢？答案在于降成本和商业化这两个维度，两者逻辑截然不同。

如果用日常交通工具来比喻，你就能立刻明白其中的道理： | 维度 | 火箭垂直回收 (如SpaceX) | 中国水平着陆运载器 (空天飞机路线) | |---|---|---| | **回收姿态** | 高空扔砖头：靠发动机最后时刻点火反推，对场地和姿态控制要求极高 | 超音速冲浪：利用大气层升力悠闲滑翔，像民航客机一样缓缓着陆 | | **乘客体验** | 特技大蹦极：过载高达 4G-8G，普通人分分钟晕厥，需要魔鬼训练 | 高铁二次接地：平缓下滑，过载仅 1.5G-2G，就像坐了一趟推背感强的民航客机 | | **基础设施** | 必须建造极其昂贵且专用的垂直回收阵地或海上回收船 | 白嫖现有基建：直接降落在阿左旗巴丹吉林机场这种标准民用跑道上 | | **维护成本** | 发动机每次被强行反推剧烈震动，需要深度检修 | 机身内置海量传感器，AI秒级完成自检，加满油第二天就能接着飞 | 看到关键点了吗？中国亚轨道运载器的核心降本密码在于它彻底摆脱了对专用航天发射场的依赖。

只要有一条足够长的普通民用机场跑道，它就能安全降落，将天地运输成本降低了80%以上！从过去倾全国之力的高精尖科研工程到如今的，中国将其硬生生转变为一种高频次、标准化、基础设施化的工具化物流。

## 降维打击：从科研大戏到太空出租车 站在更高的视角来看，20分钟的酒泉-阿拉善飞行，仅仅揭开了星际物流时代的一角。

* **第一层：地对地一小时全球通达**。

此次验证的是亚轨道技术。

如果将这种高升阻比运载器用于洲际客运，未来的画面将极其震撼：在北京吃完早餐登机，运载器冲出大气层进行亚轨道滑翔，1小时后就能平稳降落在纽约或伦敦的机场。

传统民航15个小时的煎熬，被直接压缩了一个数量级。

* **第二层：真正触手可及的大众太空旅游**。

当运输成本降低80%，且过载控制在普通人身体能轻松承受的2G以内时，去太空看黑色的宇宙背景和蓝色地球弧线，将不再是亿万富翁的专属。

未来一张太空机票的价格，有机会拉低到数十万元人民币，进入了许多中产阶级消费的射程之内。

* **第三层：商业航天与空间站补给的高频化**。

未来的近地空间站补给，将不再需要提前数月策划、安排庞大的地面团队。

需要紧急送去零部件或科研载荷？直接安排一趟亚轨道班车，当天发车，当天送达。

西方曾经以为，放弃昂贵的航天飞机，用火箭回收就锁死了商业航天的天花板。

而中国航天的答案则简单直接：你觉得是无底洞，是因为你当年站在了错误的时代节点上；等中国把现代材料、算法和工业供应链全部推平之后，这片天空，该换一种玩法了。

当曾经高不可攀的太空探索，变成民用机场跑道上日复一日的起飞与降落，人类通往星辰大海的大门，才算真正被推开了一道缝隙。

中国科学家为量子互联网研制100通道单光子探测器

中国科学院上海微系统与信息技术研究所（SIMIT）的研究人员研制出一款100通道单光子探测器，为中国发展宽带量子网络打开了大门。

用这款探测器测试的原型网络显示出超过90%的通信保真度。

随着量子计算和传感技术的进步，很快将需要量子信息网络。

尽管人们正在为这种网络测试不同方案，但一种与现有光纤网络非常相似的方案很可能因其易于过渡而被采用。

单光子探测器（SPD）是此类网络的关键组件，因为它们有助于测量光子（即单个光粒子），而光子可用于存储量子信息。

SPD可帮助部署用于量子数据传输的光纤或空间链路，同时还能通过将量子态转移到光子来帮助实现量子纠缠或量子隐形传态。

使用SPD的挑战 为了让量子技术演进和规模化，我们还需要开发容量更高的SPD。

目前，用于量子研究的SPD主要有两种。

超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是高端光电器件，探测精度极高，但运行需要超低温。

另一方面，单光子雪崩二极管（SPAD）可在室温下工作，但精度不高。

因此，SNSPD更受青睐。

然而，SNSPD的超低温要求带来了其他挑战。

为了读出信号，SNSPD要连接到保持在室温的仪器上。

这是通过相对较粗且由导热金属制成的同轴电缆实现的。

这些电缆使室温热量进入SNSPD工作的低温腔；这被称为热负载。

随着SNSPD内探测通道数量增加，读出信号所需电缆数量也增加，进而增加热负载。

对此的变通方案一直是将探测器数量限制在32个，这是单光子探测器领域的标准。

100通道SPD 为克服这一点，SIMIT的研究人员对SNSPD进行了全面重新设计，用称为高密度多芯微带线的特殊柔性材料取代同轴电缆。

这些线不仅超薄，而且隔热，因此传回低温腔的热量极少。

据SIMIT团队称，进入系统的热量是传统电缆的二十一分之一。

这使他们能够为SPD增加更多独立通道，同时保持长期稳定性，且不会显著增大SPD尺寸。

为测试其设计，研究人员让SPD连续七天全天候运行，低温腔温度仍保持在2.1K以下，非常接近0K（-273.15摄氏度）的绝对零度。

研究人员在一篇论文中指出，测试期间，各通道探测效率达到80%，同时误报率极低。

为了更贴近真实场景进行比较，团队构建了一个包含5个用户、10条双向量子链路的量子纠缠分发网络。

论文补充说，每个用户使用SPD新开发的通道接收光子，通信保真度（即量子信息的保持程度）超过90%。

研究成果发表在《激光与光子学评论》期刊上。

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