怎么利用光学来治理沙漠？光学利用到了什么场景？

在千里之外甘肃宁夏交汇处的沙坡头，武汉量子技术研究院院长徐红星用量子技术改造沙漠的试验正紧锣密鼓推进；而在湖北（武汉）爆炸与爆破技术研究院，院长谢先启院士瞄准精细爆破和智能爆破前沿技术展开攻关，聚拢了一批爆破工程专家在武汉。徐红星、谢先启同一年分别当选中国科学院院士和中国工程院院士，长江日报记者近日走访发现，两位院士的技术辐射与人才聚拢效应明显，大城武汉的科研活力肉眼可见。

用光学治理沙漠

徐红星院士。长江日报记者许魏巍 摄

“同学，你想改变世界吗？来研究我们的物理。”11月15日，53岁的武汉量子技术研究院院长徐红星院士通过视频方式向年轻人喊话，他希望更多年轻人选择物理、关注量子技术。武汉量子技术研究院成立于2021年9月30日，主要开展量子科学基础理论研究与核心关键技术攻关，孵化量子领域企业和引进培育人才，推动武汉量子产业发展形成体系。

物理学家徐红星的研究方向是光学，具体研究等离激元光子学和纳米光学，因发现增强单分子灵敏度的方法轰动物理界。2014年徐红星从中科院物理所调到武汉大学物理与技术学院工作，先后任副院长、院长，2017年当选为中国科学院院士，2020年接任武汉大学学术委员会主任。目前，由徐红星领衔的武汉量子技术研究院正在验证一些典型的终端应用，比如量子保密通信的北斗车载导航等，该院的目标是用3至5年时间，建成量子国家实验室武汉分部。

和长江日报记者谈到量子技术时，徐红星的思维是跳跃的，从西部沙漠治理到东部纳米实验室，从北斗铷钟授时到单分子灵敏度，量子技术无处不在。他表示，生活中量子技术被神秘化，甚至有人宣称通过量子技术证实了灵魂与鬼神的存在，这是没有科学依据的。量子技术其实已经有很多应用，如太阳能电池和一些新药的研制等。

“量子技术会对未来产业产生重大影响。”徐红星表示，量子通信是光子通信的一种，只动用一个光子的通信就是量子通信，而武汉是最适合发展量子通信的地方。他判断，10年后量子产业在光谷就会初具规模，量子通信要在武汉发展起来一点不奇怪。武汉发展量子通信得天独厚，因为所有光通信的基础设施、基础材料和基础元器件，乃至整个光通信的工业体系全部在武汉光谷。

据悉，量子科技位列武汉“965”产业集群5个未来产业之一。武汉量子技术研究院主要在量子感知、量子计算、量子芯片、量子材料、量子通信等5个方面开展研究和攻关，并且推动产业化，如量子感知领域要服务于空间技术、极端天气预测、碳中和管理等国家重大需求；量子计算要实现应用开发和产业转化推广；量子芯片将重点开展用于北斗导航的量子芯片研发等；量子材料领域将积极开展超导自旋量子电路材料等一批新型量子材料；量子保密通信领域要加快量子城域网建设和连接，接入更多领域和企业。

徐红星最感兴趣的研究项目是测出单分子灵敏度，因为拉曼光谱一般很弱，但是通过等离激元的增强以后，它的信号可以增强10的12次方倍甚至以上，可以达到单分子的灵敏度。“它的物理机制是我首先发现的，很有成就感的一个工作，也是我对人类知识的一个贡献。”徐红星说，比如说做核酸检测，当达到单分子峰值检测会更准确。单分子对疾病的检测、对环境的检测非常重要，但是单分子光伏比较弱，就需要把弱信号放大，增强光分子灵敏度。目前，单分子检测还属于科技前沿范畴，应用条件比较苛刻。可以设想用少量分子而不是单分子进行检测，效果会更好。

徐红星院士还有一项令人兴奋的技术——用光学治理沙漠。在一般人看来，光学和沙漠治理好像扯不上关系。但徐红星发现，一些特殊的纳米结构材料，在某种情况下能够进行辐射制冷，可以让表面温度降低10到20摄氏度。简单来讲，用这些材料在夏天就可以不用空调了。

夏天的时候，大家都有一种感觉，一钻进汽车以后就特别热，让人非常不舒服。“用这个材料以后车内温度会明显下降，这是对于汽车而言，但是我更想把这种技术推广到沙漠治理上。”徐红星说，沙漠也存在一样的问题。我们如果能够把沙漠降温，那么沙漠的蒸发量会显著降低，能锁住水分就可以搞绿化，沙漠就会变成绿色。

徐红星很快把设想付诸行动。在西安交通大学创新港，徐红星会同西安交通大学成立西部光资源与地球环境研究院，尝试用光学治理沙漠的研究。目前，项目在甘肃和宁夏接壤的沙坡头进行实验，“结合沙漠结皮技术，光改造沙漠的效果很不错”。徐红星打算投入更多精力用光治沙。

“我科研的内在动力，就是为解决国家的问题，为国家服务，为人类做出贡献。”徐红星说。

我国手机产量占全球相当份额，但是手机上的高端滤波器95%需要进口。武汉敏声新科技有限公司创始人、武汉大学教授孙成亮介绍，只要有无线通信的地方就必须要有滤波器。3G赫兹以上主要就是用薄膜体声波，但是薄膜体声波技术中国没有，主要依靠进口，5G技术应用后使用量很大。

徐红星带领团队在实验室攻克了高端滤波器技术难题，并在中科院苏州纳米所把关键的制造工艺打通了，样品性能参数非常理想。“我很兴奋，攻关时每天会给孙成亮打电话……”徐红星向长江日报记者回忆。