第397章 不会发光的灯泡

1995年9月。

北京的天开始凉了。中关村大街两旁的槐树叶子泛了黄，风一吹，簌簌地落下来。林远骑着那辆破自行车穿过落叶的时候，脑子里还在想着方明华说的那句话——“单光子源，比探测器更难。”

他那时候还不完全理解这句话的意思。现在，两个月过去了，他理解了。

而且是深刻的理解。

“所谓单光子源，”林远站在物理所的一间实验室里，面前是一张堆满光学元件的平台，对着旁边的王磊说，“就是每次只发射一个光子的光源。听起来很简单对吧？但实际上，这个世界上没有一种灯泡是‘只发一个光子’的。”

王磊蹲在地上，正在调整一个激光器的位置。他抬起头：“什么意思？”

“所有的常规光源——灯泡、LEd、甚至普通的激光器——发出的光子数量都是随机的。有时候一个，有时候两个，有时候一百个。你没办法控制它每次只发一个。”

“那怎么办？”

“办法是有的。”林远走到平台前面，指着上面那些光学元件，“用非线性光学晶体，把一束强激光转换成一对纠缠光子。然后探测其中一个，另一个就知道‘该出发了’。因为两个光子是同时产生的，探测到一个，就意味着另一个一定存在。这样，我们就得到了一个‘按需分配’的单光子。”

王磊站起来，看着那堆密密麻麻的元件，皱了皱眉：“听起来……挺绕的。”

“是挺绕的。”林远苦笑了一下，“而且效率极低。产生一对纠缠光子的概率，大概是一百万次激光脉冲里才有一次。也就是说，大部分时候，你按了开关，什么都没有。”

“一百万次才一次？”王磊瞪大了眼睛，“那做一个实验要等多久？”

“等很久。”林远叹了口气，“这就是问题所在。”

这台装置是物理所的量子光学实验室搭的。林远之前在物理所跟课题组学了两个月，当时就是在这间实验室里。现在他带着材料所和半导体所的成果回来了，准备攻克单光子源的问题，但一上手就发现，事情远比他想象的复杂。

“林远！”门口传来一个声音。

林远回过头，看到一个三十出头的年轻人走进来，穿着一件洗得发白的蓝色工作服，手里端着一个搪瓷杯。这是物理所的副研究员周明，专门研究非线性光学和纠缠光源的，也是林远在物理所学习时的指导老师。

“周老师。”林远打招呼。

“别叫我周老师，叫我老周就行。”周明走过来，把搪瓷杯放在桌上，看了一眼平台上的装置，“怎么样，找到感觉了吗？”

“找到了。”林远说，“‘感觉’就是——效率太低了。”

周明笑了：“那说明你确实理解了。这个装置的问题就是效率。产生率太低，而且收集效率也低。产生出来的一对光子，能真正被我们收集到并使用的，大概只有千分之一左右。”

“千分之一？”王磊在旁边倒吸了一口冷气，“那一百万次的千分之一……一千次脉冲才能得到一个可用的光子？”

“差不多。”周明点点头，“而且这还是理想情况。实际上，还有各种损耗、噪声、不稳定因素。所以，用这套东西做量子通信实验，大概需要连续运行好几天，才能积累到足够的数据。”

林远站在平台前面，沉默了很久。

他想起了秦念说过的话——“量子通信的原理很简单，但实现起来，每一行都是山。”他现在站在这座山脚下，抬头望去，看不到山顶。

“有没有办法提高效率？”他问。

周明想了想：“有。但每一条路都很难。第一，用更好的非线性光学晶体，提高纠缠光子的产生效率。第二，优化光路设计，提高收集效率。第三，用更高效的探测器——你们做出来的那个Apd，已经比之前好很多了，但用在单光子源上，还有提升空间。”

“晶体的事，国内有人做吗？”

“有。山东大学那边有个晶体材料实验室，做非线性光学晶体做了十几年了。他们的Ktp晶体和bbo晶体，在国际上都有名气。但问题是，他们做的晶体主要是给强激光用的，像我们这种弱光、高效率的要求，他们可能没怎么考虑过。”

“可以去找他们合作吗？”

周明看了林远一眼，目光里有一种“你这个人怎么总想着到处找人合作”的意味，但嘴角却带着笑意。

“可以是可以。但山东大学在济南，你要跑过去？”

“跑。”林远毫不犹豫地说。

周明摇了摇头，笑了：“行，我帮你联系。正好过两周有个晶体材料的学术会议在济南开，山东大学的人会去。你跟我一起去，当面跟他们聊聊。”

“谢谢周老师。”

“别谢我。”周明端起搪瓷杯喝了一口水，“我倒是挺佩服你们的。材料所、半导体所、物理所，一个项目把三个所的人都串起来了。这在以前，想都不敢想。”

林远愣了一下。他之前没从这个角度想过——量子通信预研组成立的时候，秦念说要“打破所与所之间的围墙”。现在看来，这道围墙确实在一点一点地被推倒。

两周后，林远跟着周明坐上了去济南的火车。

绿皮车，硬座，要坐八个多小时。车厢里挤满了人，空气里弥漫着泡面和汗水的味道。周明倒是很习惯，上车就掏出一本书看起来，时不时在页边写几个字。林远坐在靠窗的位置，看着窗外华北平原的风景——一片一片的农田，一个一个的小村庄，远处的山影若隐若现。

他想起自己三年前从南方老家考到北京的时候，坐的就是这种绿皮车。那时候他对未来充满了憧憬，觉得自己要学最前沿的物理，要做最了不起的研究。三年过去了，他确实在学最前沿的东西，但“了不起”这三个字，离他还很远。

“想什么呢？”周明放下书，问他。

“想……这条路还要走多久。”

周明笑了笑：“搞科研的，最怕问这个问题。因为你永远不知道答案。但你可以换一个角度想——每走一步，就离终点近一步。哪怕这一步很小，也是在前进。”

林远点了点头，没有接话。

火车在下午四点到达济南。他们住在会议安排的招待所里，条件很简陋，但干净。晚上，周明带着林远去见了山东大学晶体材料实验室的陈光华教授。

陈光华五十多岁，头发花白，说话带着浓重的山东口音。他在晶体生长领域干了快三十年，是国内非线性光学晶体的权威之一。他听了林远的介绍之后，沉默了一会儿，然后说：

“你们要的晶体，我知道。bbo晶体，我们能做。但你们要求的那个参数——高转换效率、低噪声、大尺寸——我们没做过。”

“能做吗？”林远问。

陈光华没有直接回答。他从抽屉里拿出一张照片，递给林远。照片上是一个透明的晶体，大概有指甲盖那么大，被固定在金属支架上。

“这是我们的bbo晶体。用于激光倍频、和频、差频，都没问题。但你们要的‘纠缠光子对产生’，对晶体的均匀性、吸收损耗、光学质量要求非常高。我们现在的工艺水平，大概只能做到你们要求的百分之六七十。”

“剩下的百分之三四十呢？”

“需要改进工艺。”陈光华说，“改进生长方法，优化退火条件，提高晶体的光学均匀性。这些都需要时间，需要经费，而且不保证成功。”

林远看着那张照片，沉默了很久。

“陈老师，”他说，“如果我们在晶体上镀增透膜呢？能不能补偿一部分效率损失？”

陈光华愣了一下。他想了想，慢慢地说：“增透膜……这倒是个思路。我们之前主要关注晶体本身的生长质量，没怎么考虑过镀膜的事。如果能在晶体端面镀上高质量的增透膜，减少反射损耗，确实能提高有效透过率。”

“这个能做吗？”

“能。但我们没有镀膜设备，得找长春光机所或者上海技物所合作。”

又是合作。林远在心里默默地数了一下——材料所、半导体所、物理所、山东大学、长春光机所……这个项目的合作单位越来越多了。

“那就合作。”他说。

陈光华看着他，目光里有一种复杂的东西。过了一会儿，他说：“小伙子，你这个项目，牵涉的单位不少啊。协调得过来吗？”

林远苦笑了一下：“协调不过来也得协调。这个东西，任何一个环节卡住了，整个系统就转不起来。”

陈光华点了点头：“行。我这边尽量配合。不过有件事我得提前说——晶体生长是个慢功夫。一炉晶体长出来，要两三个月。如果中间出了什么问题，就得重新来。你们要有心理准备。”

“我明白。”林远说。

从济南回来之后，林远觉得自己像是成了一个“协调员”——材料所的事要管，半导体所的事要跟，物理所的实验要做，现在又多了一个山东大学的晶体。他每天骑着自行车在北京的几个研究所之间来回跑，电话打到济南、长春、上海，协调各方的时间、进度、经费。

有一天，秦念把他叫到办公室。

“林远，”她坐在椅子上，面前摊着一沓报告，“你这个月的电话费，是上个月的三倍。”

林远愣了一下，有些不好意思：“对不起，秦老师，我——”

“我不是在批评你。”秦念打断了他，“我是想问你，你觉得自己现在的角色是什么？是科研人员，还是项目经理？”

林远沉默了。他确实没想过这个问题。

“两个都是。”他最后说。

秦念看了他一眼，嘴角微微翘了一下，像是在笑，又像是在感慨。

“那你就要学会平衡。”她说，“科研需要沉下心来做，项目管理需要四处跑。你不能因为四处跑，就忘了沉下心来做研究；也不能因为沉下心来做研究，就不管项目怎么推进。”

林远点了点头。他知道秦念说得对。

“还有一件事，”秦念从抽屉里拿出一个信封，“这是总装那边来的通知。年底要开一次项目中期评审会，所有预研项目都要汇报进展。你准备一下。”

“中期评审？”林远接过信封，心里一紧，“这才半年多，就中期了？”

“项目周期是一年半。半年多，确实是中期了。”秦念看着他，“有问题吗？”

林远想了想。探测器刚刚有了初步成果，但离“能用”还差得远；单光子源还在起步阶段，连像样的数据都没有；量子态编码和光纤传输的问题，还没来得及碰。如果现在开评审会，他能汇报什么？

“有问题。”他老老实实地说。

秦念点了点头：“有问题就去解决。评审会在十二月，你还有三个月。”

三个月。

林远走出秦念的办公室，站在走廊里，长长地吸了一口气。走廊的尽头是一扇窗户，窗外是物理所的院子，几棵银杏树的叶子已经黄透了，在午后的阳光里闪闪发光。

很美。但他没有心情看。

他回到材料所的实验室，张海洋和王磊正在调试那台基于新Apd的探测器。示波器上的波形比以前稳定多了，暗计数率控制在了200赫兹以下，信号和噪声终于可以清晰地分开了。

“怎么样？”林远问。

“比之前好太多了。”张海洋的语气里带着兴奋，“你来看——这是有光信号时的波形，这是没有光信号时的。对比度很清楚，基本上可以做到‘光子来了就能看见’。”

林远凑过去看。示波器上，两个波形并排显示，差异一目了然。

“探测效率呢？”

“还在测。初步结果大概在15%左右。国外最好的产品能做到20%以上，但我们这个水平，已经可以做实验了。”

15%。比国外差一点，但能用。

林远站在那里，看着示波器上稳定的波形，忽然觉得，这三个月来所有的奔波、协调、碰壁、重来，都是有意义的。

“张老师，”他说，“我们年底要开中期评审会。我想在评审会上，展示一套完整的单光子探测系统——从探测器到读出电路，全部是我们自己做的。”

张海洋看了他一眼：“三个月？”

“三个月。”

张海洋沉默了一会儿，然后笑了：“行。那就干。”

那天晚上，林远回到宿舍，没有马上睡觉。他坐在桌子前面，拿出一张白纸，在上面画了一张图。

图的左边是“单光子源”，中间是“量子态编码”，右边是“单光子探测器”。三个部分用箭头连接起来，形成一个完整的量子通信系统。

他在“单光子源”下面画了一个圈，写上“效率问题”。

在“量子态编码”下面画了一个圈，写上“未开始”。

在“单光子探测器”下面画了一个圈，写上“初步可用，待优化”。

然后他看着这张图，沉默了很长时间。

三道坎，迈过了第一道，第二道才迈了半步，第三道还没开始。

而评审会，就在三个月后。

他放下笔，关掉灯，躺在床上。窗外，北京深秋的夜风呼呼地吹着，树枝在风中摇晃，影子映在窗帘上，像是一只只张开的手。

他闭上眼睛，在心里默默地说：一步一步来。先迈第二道坎。

然后他翻了个身，睡着了。