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，林翔、章博乐和陆洲等几名中国计量大学荣誉学院量新学院的学生在《前沿科技》课上突发奇想，“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(shí)捕(bǔ)捉(zhuō)到(dào)了(le)负(fù)责(zé)记(jì)录(lù)时(shí)间(jiān)和(hé)事(shì)件(jiàn)的(de)信(xìn)号(hào)光(guāng)子(zi)和(hé)闲(xián)频(pín)光(guāng)子(zi)信(xìn)息(xi)。他(tā)们(men)还(hái)将(jiāng)二(èr)维(wéi)铋(bì)烯(xī)材(cái)料(liào)镀(dù)膜(mó)在(zài)BBO晶(jīng)体(tǐ)上(shàng)，代(dài)替(tì)传(chuán)统(tǒng)非(fēi)线(xiàn)性(xìng)晶(jīng)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(yàn)室(shì)进(jìn)行(xíng)仪(yí)器(qì)调(diào)试(shì)及(jí)测(cè)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(pàn)率(lǜ)高(gāo)，根(gēn)据(jù)样(yàng)品(pǐn)的(de)复(fù)杂(zá)程(chéng)度(dù)检(jiǎn)测(cè)时(shí)间(jiān)从(cóng)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，开发了边云双擎光谱智能解析AI算法和计量溯源算法，研发出自适应动态学习系统，将数据分析处理速度缩短到了1秒以内，检测结果的可靠性也大大增强。在浙勘检测、海关等的检测试用中，设备从混杂各种干扰的包裹内快速锁定微量药物残留，准确率高达98%，较传统方法提高了22.5%。

目前，高端(duān)拉(lā)曼(màn)光(guāng)谱(pǔ)仪(yí)约(yuē)90%源(yuán)自(zì)进(jìn)口(kǒu)。“希(xī)望同学们的成果能推动国产替代、降低检测门槛。”团队指导教师程芳透露，项目团队的大学生们以第一发明人和第一作者身份，已获10项国家发明专利、3件软件著作权，并发表了6篇SCI/EI顶刊论文，论文单篇最高影响因子达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。