文｜《中国科学报》记者 徐可莹

年龄相差如此之大的论文署名组合确实少见：第一作者是今年26岁、脸上仍挂着稚气的中国青年，第二作者则是金发飘飘、颇具艺术气质的60岁老工程师。

近日，一篇围绕“量子互联网”的重磅论文在Science上线，主要作者正是来自美国宾夕法尼亚大学材料科学与工程系的博士生张亦驰和年长他近40岁的电气与系统工程系博士生师弟Robert Broberg。 

从左至右：张亦驰、通讯作者冯亮、Robert Broberg

这是一项史无前例的研究。张亦驰及Robert Broberg等人成功将量子网络从实验室引入商用光纤电缆中，并同时使用了当今互联网所使用的相同互联网协议 （IP），证明脆弱的量子信号也能够在承载日常在线流量的同一基础设施上运行。

该研究为量子互联网的实用化指明了可行路径，其兼容性降低了未来量子网络部署的成本与复杂度，避免了重建全新网络的高昂投入。

1 为量子信息装上“火车头”

埃尔温·薛定谔（Erwin Schrodinger）创造了“量子纠缠”一词，他曾将这一概念比作一只藏在盒子里的猫。假如盒盖紧闭，且盒子内含有放射性物质，那么这只猫有可能活着，也可能死去。一种解释是，这只猫既是活的，又是死的。唯有打开盒子，才能确认猫的真实状态。

这一悖论也被称作“薛定谔的猫”，几十年来为物理学家津津乐道。哪怕是没有物理学基础的普通读者，也能从中嗅出量子粒子的独特性质——一旦被“开盒”测量，它们便会失去叠加与纠缠的特性。与此同时，传递环境中的噪声也可能导致量子信号无法读取。这使得量子网络的扩展变得极其困难。

但相比传统网络，量子网络具备安全性、传输效率高及抗干扰性等显著优势。于是，如何利用传统网络来解决量子信息传递问题，实现真正意义上的“量子互联网”，便成了全世界很多科学家和工程师的研究目标。

为此，张亦驰所在的研究团队开创性地提出了“火车式”传输策略。他们将量子信号与常规光信号绑定传输，令传统信息担任“火车头”，负责牵引，完成路径选择与导航，而量子信息则作为“车厢”，携带信息同行。

因传统信息能够被测量，量子信息在整个传递过程中可以不被“开箱”，且整个系统能够遵循现有的互联网协议，实现与当前互联网架构的无缝兼容。

为更好地实现“火车式”信号传递，研究团队又自主研发了一款名为“Q芯片”的硅基集成芯片，用于协调经典光信号与量子光信号。它能将经典光信号与微弱量子信号整合打包，在商用光纤网络中实现共传。

“Q芯片”

“当时芯片上有个器件的功能指标我们一直没达到。此前我们实验室，包括我们学校都没人做出来过，所以有4个多月时间，我都是在反复设计、改进、调试中度过的。”张亦驰回忆道。

但脱离实验室，在现实环境中，信息传递还需面临温度变化、震动等问题，这些因素都会干扰光纤传输。针对这一问题，研究团队进一步开发了纠错方法，通过观察传统信号受到的干扰，来推算出量子信号需要做哪些补偿。

应用测试在宾大校园内一条长达一公里的Verizon商用光纤上进行。测试结果显示，该系统的量子信号传输保真度超过97%，有效克服了实验室外的诸多不稳定因素。

目前，这一测试网络仅连接了两栋建筑，包含一台服务器和一个节点，使用约一公里的光纤。研究团队表示，如果要扩展网络，只需制造更多芯片，将其接入城市现有的光纤网络即可。

2 治好“强迫症”的研究

这是张亦驰在博士期间的第二篇一作论文。最初的灵感来自他的“大龄”同学，也是前述论文的第二作者——六十多岁的电气与系统工程系博士生Robert Broberg。

Robert曾在全球领先的网络解决方案供应商思科公司任职，是一名出色的通信工程师，有长达38年的业界经验，对互联网了如指掌。

Robert Broberg 图源：校官网

“Robert已经实现财富自由，读博深造是他的自我追求。”张亦驰对这位年逾花甲的同学兼业界导师心生敬佩。而Robert在互联网交叉方向上的许多真知灼见，也为张亦驰提供了很多研究灵感。

2023年10月前后，Robert向张亦驰的导师、宾夕法尼亚大学材料科学与工程系和电气与系统工程系教授冯亮提出将传统通信和量子通信结合起来的想法，同时给负责实验的张亦驰推荐了很多相关论文。

逐一读过文献后，张亦驰脑中逐渐形成了能将量子信息和传统信息巧妙结合起来的方法论——将他们“捆绑打包”传递，令传统信息成为量子信息的“火车头”，拉着它一起到达目的地。

当时，冯亮实验室正好申请到了一个主题与量子互联网相关的基金项目。结合此前看过的文献，张亦驰向导师提出，将“火车头”方法运用到量子互联网的落地应用中，形成一个更加成熟的技术方案。导师冯亮和Robert都觉得这个想法可行，张亦驰便正式投入到这项研究中。

彼时，张亦驰的上一个项目已接近尾声，那段经历曾给他带来不小的心理压力。“那时候我有点‘强迫症’，对细节抠得非常细。”他坦言，“小到一道芯片工序、一件仪器的摆放，即便无关实验结果，我也会陷入无谓的较劲，内心对任何不完美都会产生强烈的排异感。”

更现实的压力来自紧张的实验资源。他需与他人轮换使用关键设备，时间有限，任务繁重，张亦驰经常从清晨忙到深夜，连寒假也用来抢测数据。“每次实验都像打仗。时间紧迫，想面面俱到却事与愿违，数据总不理想，那段时间非常焦虑。”

正是这样的困境，让张亦驰在新课题开始后，决心彻底调整自己的研究心态和方式。他意识到，自己必须从对细枝末节的过度执着中跳出来，将精力放在思考实验的核心逻辑和科学问题上。

这一转变，离不开冯亮的适时引导。在看到张亦驰因数据不理想而陷入自我否定和怀疑时，冯亮多次与他交流，劝他不要被完美主义绑架。

“冯老师告诉我，实验室主要解决的是‘从零到一’的问题。对这类科学问题而言，最重要的是研究链路的完整性和研究目标的可实现性。倘若太执着于实验细节，关注‘实验效果是否达到100%完美’，反而做不好。”

这番话点醒了张亦驰。他开始学着区分“重要”和“次要”，不再在无关结果的细节上死磕，而是把时间用在思考系统架构和核心方案上。他主动为实验设置“预期管理”，对可能出现问题的环节提前准备备用方案，不再强求一次完美。

“我逐渐接受了实验本身的不确定性和不完美性，这反而让我更能把握整体方向，效率也提高了不少。”

张亦驰在调试设备

“量子互联网”是一个非常前沿的研究课题。据张亦驰了解，当时国际上也有其他研究团队在做这个方向，抢占先机成了关键。研究思路上的优化，心态上的小“松绑”，加上日复一日的埋头苦干，令张亦驰及研究团队顺利拔得头筹，在全世界范围内率先使用日常互联网的通信协议，在商用光纤上成功传输量子信号。

2025年成了张亦驰的丰收之年。尽管经历诸多不顺，他的首篇论文最终还是发表在物理学领域的顶级期刊Physical Review X上，加上最新的Science成果，这位年轻的博士生已有两篇顶刊论文在手。

“但毕业要求还没有满足，我还有最后一个项目要做。”张亦驰笑道。

3 长期主义的耕耘

张亦驰从不把自己定义为“尖子生”。高中时，他在物理竞赛上花了不少精力，但远未达到保送生的顶尖水平，最终通过高考统招进入北大物理学院。面对身边众多早已在竞赛中崭露头角、直接保送的同学，张亦驰在大一阶段一度感到压力重重，尤其在数学基础课程上颇为吃力。

但他始终坚信，努力可以弥补差距。面对起步时的困难，他没有气馁，而是投入更多时间钻研专业知识，一步步夯实基础。

凭借不懈的努力，张亦驰不仅顺利跟上了课程进度，本科期间成绩稳步提升，更在毕业时获得了“北京大学优秀毕业生”称号。

在张亦驰看来，自己从未刻意追求过顶尖，只是维持一种不疾不徐的从容节奏。这种节奏，让他能够摆脱“优绩主义”的焦虑，不被排名所裹挟，从容地按照自己的步调踏实前行。

2021年进入宾夕法尼亚大学攻读博士学位后，挑战依然存在。

读博前三年，张亦驰并未像部分同学那样快速发表顶级论文，其间不时传来本科同学已在顶级期刊上有所斩获的消息。面对压力，他选择沉下心来，坚持自己认准的研究方向，相信扎实的积累终会迎来突破。

某种程度上，这也延续了他从容不迫的节奏哲学：不盲目追逐热点，不因他人提速而自乱阵脚，而是专注长期价值，在关键处获得成长。

这种不急于求成的长期主义科研观，与导师冯亮的引导密不可分。在冯亮看来，扎实的专业基础与独立思考能力尤为重要。冯亮在实验细节上给予学生充分自由，但对研究的顶层逻辑要求极为严格，强调必须在每个阶段建立系统化的思考框架。

“冯老师要求学生在汇报时不能只讲‘结果’，还要解释‘为什么这样做’以及‘接下来怎么做’。”正是这种既重根基又强调整体的培养方式，让张亦驰学会了着眼长远、抓住关键。

冯亮实验室合影（张亦驰为前排左三，冯亮为后排左一）

回顾成长路上的关键阶段，张亦驰深感选择与坚持的重要性。读博四年来，他不断在科学研究中体会着思考与决策的分量。

对于未来，张亦驰希望能有机会走出象牙塔，去工业界看一看。“学术界追求的是‘从0到1’，但工业界擅长的是‘从1到100’，把理论转化为真正影响世界的产品。”

张亦驰坦言，自己从本科到博士一直在学术体系中成长，虽然深度足够，却也渴望换一个环境，去体验不同的研究节奏和问题视角。“工业界也有很多极具挑战性的科研问题，尤其是在量子技术的落地方面，那种贴近现实、注重协同的氛围很吸引我。”

在他看来，人生不止一种可能。在投身终身教职之前，更应该主动探索不同的道路，而此刻，正是他打开那扇门的最好时机。

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