国家科技奖“加持” 量子通信 硅基产业驶入快车道

随着“多光子纠缠干涉度量学”斩获2015年度国家科学技术奖自然科学一等奖,“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”拿下技术发明一等奖,相关产业的发展有望进一步提速。

在硅基领域,江西省规划打造的千亿LED产业中,硅基LED占据了半壁江山,多家上市公司参与其中;在量子通信领域,量子通信“京沪干线”有望于2016年完成验收,上市公司已渗透量子点激光器、光器件等量子通信产业链。

两项技术产业影响深远

8日,2015年度国家科学技术奖评选结果揭晓。正如上证报此前预测的,“多光子纠缠干涉度量学”获得了自然科学一等奖,技术发明一等奖则花落“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”。

中国科大院士潘建伟和他的团队通过发展多光子纠缠干涉度量学,引领了我国量子通信的研究和应用。如果要实现复杂的多步骤量子计算或者多用户的实时保密量子通信,必须实现多光子纠缠。潘建伟团队在2004年就实现了五光子纠缠操纵,并首次达到量子纠错必须的比特数目;后续又先后实现六光子纠缠、五光子十比特超纠缠、八光子纠缠等。而在密钥分发上,潘建伟团队实现了可升级量子中继基本单位,使得量子通信实现了城际通信应用可能;其百公里量级的纠缠分发和量子隐形传态奠定了星地量子通信的技术基础。

“在量子通信领域,中国用了不到10年时间,从一个不起眼的国家发展成为世界劲旅,将领先于欧洲和北美。”早在2012年,《自然》杂志这样评价潘建伟的研究。

潘建伟表示,希望通过3-5年努力,解决基于中继量子通信的问题,初步开展星地量子实验;通过10年左右的努力,构建高速率实用化的广域化的网络。

值得关注的是,有业内量子学领域专家表示,真实的量子系统是极为脆弱的,也非常容易在极短的时间内退化为普通的经典系统,使得原来的设计全部失效,目前普遍被看好的谷歌D-wave量子计算机“量子加速”并不明显,就是因为从量子到经典的“退相干过程”太快,而阻止退化的问题可能十年内都无法解决;目前能够切实进入应用领域并发挥效益的是量子精密测量。

“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”(下称“硅衬底技术”)的重大创新意义则在于:该项技术有望使得中国构建具有完全自主知识产权的LED技术路线和产业标准,对中国LED产业格局有望产生深远影响。

在LED衬底三大技术路线上,美国人把持了碳化硅衬底,日本人垄断了蓝宝石衬底。基于硅衬底的良好导热性、稳定性,原材料成本低廉、可实现大尺寸晶圆和垂直结构器件等优势,硅基衬底技术被业界寄予厚望。“如果硅基衬底技术成熟,借助成熟的6寸和8寸集成电路生产线,LED产品价格有望降低一半。”业内人士表示。

硅衬底面临的巨大技术难点是晶格适配和热适配。上述项目主要参与人员孙钱在前人研究的基础上,创新并利用多层AlGaN(氮化镓异质结场效应晶体管)缓冲层技术,利用高温外延生长时建立起来的压应力抵消降温过程中应热膨胀系数的差异而引起的张应力,从而避免了氮化镓薄膜中龟裂的产生,实现了高质量无裂纹的氮化镓。

除LED照明领域外,接受采访的业内人士均看好硅基氮化镓在集成电路领域的广泛应用。某LED上市公司研发人员表示,虽然公司暂未涉及硅基发光领域的研究,但非常看好硅基氮化镓与IC制程的结合,这可能将使得计算机CPU实现光子传输。一业内致力于该领域的人士则称硅基氮化镓在硅光子、传感器、功率器件、RF射频等领域都具有广泛的应用需求。

多家上市公司布局掘金

通常从基础研究走向应用尚需时日,但在量子通信领域,潘建伟团队同步进行了应用研究实验,其搭建的合肥城域量子通信网络已投入使用,中科院主持的“量子科学实验卫星”先导专项也将于2016年上半年进行卫星发射。同属中科大主导的芜湖量子政务网、济南量子通信城域网也相继投入了使用。

日前,神舟量子网络技术有限公司CEO夏从俊表示,量子通信“京沪干线”有望于2016年完成验收建设后用于商用量子保密通信;神州信息子公司、四创电子等均有中标该项目。

量子通信已被列为七大体现国家战略意图的重大科技项目之一。安信证券表示,在量子加密领域,国内潜在市场规模可达500-1000亿元。

在量子通信产业链上,卫士通大股东中国网安已布局“量子密码”相关研究;浙江东方旗下国贸东方与中科大量子通信技术团队合作从事浙江量子保密通信固网建设和运营;中兴通讯加盟了最近由中科院牵头成立的中国量子通信产业联盟;蓝盾股份则与华南师范大学信息光电子科技学院共同筹建了量子密码技术联合实验室。

在广发证券看来,量子点激光器具有广阔前景。华工科技在中小功率激光设备方面已有突破,而巨星科技在激光雷达应用于无人驾驶方面颇具优势。

在量子计算领域,国泰君安认为永鼎股份的超导材料是量子计算研发的核心应用材料。

在硅衬底技术的应用上,江西省走在了前列。日前,江西省印发《关于打造南昌光谷建设江西LED产业基地实施方案》,以打造南昌光谷、建设江西LED产业基地,其目标为2020年全省LED产业总量超过1000亿元,占全国的15%。

值得关注的是,江西省欲大力扶持硅基LED技术全产业链发展,并将采取以硅基LED技术合作换产业发展的模式,推动硅基LED技术向外辐射。其产业规模目标为:到2020年全省LED产业主营业务收入在2015年基础上翻两番,总量超过1000亿元,力争占全国的15%,其中南昌达到500亿元;技术分布中硅基LED技术全产业链达到500亿元。江西省还拟推动省内企业牵头制定国家硅基芯片及其应用产品标准,构建省LED企业产品标准体系,力争进入国家LED产业标准体系。

该方案的重点项目显示,木林森、鸿利光电、联创光电、阳光照明等多家上市公司早已深度布局硅衬底产业链。其中,在上游芯片领域的重点项目包括晶能光电(顺风清洁能源子公司)年产10亿颗硅基紫光芯片生产线项目(南昌)、联创光电功率型红外监控系统用LED外延材料、芯片及器件产业化项目(南昌);中游封装领域则包括鸿利光电子有限公司(鸿利光电子公司)年产162亿只LED器件封装项目(南昌)、联创光电年产20亿只各类功率型红外监控系统用LED器件封装项目(南昌)、江西省木林森照明有限公司(木林森子公司)年产1000亿只LED发光二极管项目(吉安);下游应用领域则有江西省木林森光电科技有限公司(木林森子公司)年产2亿套LED高效节能照明产品项目(新余)、江西阳光照明有限公司(阳光照明子公司)年产8000万只LED高效节能照明灯具项目(鹰潭);配套领域还包括江西省木林森光电科技有限公司年产800万平方米LED灯具线路板项目(新余)。