近日，中國計量大學“量子智探”學生創新團隊成功研發“量子糾纏智能拉曼光譜儀”，并與浙勘集團浙江浙勘檢測有限責任公司達成產學研戰略合作。

該設備不僅突破了傳統光學時頻共軛理論極限，還成功解決了復雜環境檢測的多場景兼容性難題。“這臺儀器實現了拉曼光譜儀的代際飛躍。”公司總工程師何蓮對測試的效果非常滿意。

量子糾纏智能拉曼光譜儀。受訪者供圖
作為一種重要的光譜分析儀器，拉曼光譜儀被廣泛應用。

其原理是由激光光源作用于樣品產生拉曼散射光，形成圖譜，從而分析化學成分及微觀結構。時間分辨率和頻率分辨率，是拉曼光譜檢測技術的重要參數。傳統拉曼光譜儀受限于光學時頻共軛性理論限制，信號采集存在“天花板”。就像用手機拍一輛飛馳的賽車，要么拍糊了，要么像素低。高時間分辨率和高頻率分辨率，二者“魚和熊掌不可兼得”。

三年前，林翔、章博樂和陸洲等幾名中國計量大學榮譽學院量新學院的學生在《前沿科技》課上突發奇想，“既然量子糾纏能突破經典光學極限，為什么不用它改造拉曼光譜儀？”于是，他們在實驗室搭建了一個簡單粗糙的光路模型，隔板外殼用的還是泡面的大紙盒子。誰也沒想到，這個被學生們戲稱為“紙盒實驗”的嘗試在迭代了47版方案后終于有了轉機。

團隊創新使用量子糾纏光技術，通過糾纏態光子對增強拉曼散射，同時捕捉到了負責記錄時間和事件的信號光子和閑頻光子信息。他們還將二維鉍烯材料鍍膜在BBO晶體上，代替傳統非線性晶體，成功解決了糾纏光源產生率不高和不穩定的問題。最終成功實現了時間和頻率的高分辨率，使頻率分辨率達到0.1波數每厘米、時間分辨率突破至20飛秒，將檢測精度提升了百倍。

“水中如果含有極其微量的有毒的孔雀石綠，用傳統方法檢測不出，用這臺儀器一查一個準。”浙勘檢測公司的工作人員說。

團隊在實驗室進行儀器調試及測試。受訪者供圖

傳統光譜分析主要依賴專家經驗或者軟件分析，誤判率高，根據樣品的復雜程度檢測時間從幾秒鐘到幾個小時不等。

“量子智探”團隊里人工智能、計算機專業的學生們基于百萬級的礦物、生物分子光譜數據庫，開發了邊云雙擎光譜智能解析AI算法和計量溯源算法，研發出自適應動態學習系統，將數據分析處理速度縮短到了1秒以內，檢測結果的可靠性也大大增強。在浙勘檢測、海關等的檢測試用中，設備從混雜各種干擾的包裹內快速鎖定微量藥物殘留，準確率高達98%，較傳統方法提高了22.5%。

目前，高端拉曼光譜儀約90%源自進口。“希望同學們的成果能推動國產替代、降低檢測門檻。”團隊指導教師程芳透露，項目團隊的大學生們以第一發明人和第一作者身份，已獲10項國家發明專利、3件軟件著作權，并發表了6篇SCI/EI頂刊論文，論文單篇最高影響因子達21.1。

該團隊表示，接下來將繼續優化技術，推動設備的量產化，并與更多行業合作，深化在材料分析、化學檢測、醫學藥物檢測、環境監測、海關安檢與公安刑偵等領域的應用探索。

來源: 中國計量大學、潮新聞