近日，中国计量大学（以下简称中量大）“量子智探”学生创新团队成功研发“量子纠缠智能拉曼光谱仪”，并与相关企业达成产学研战略合作。该设备不仅突破了传统光学时频共轭理论极限，还成功解决了复杂环境检测的多场景兼容性难题。企业相关负责人表示，该仪器实现了拉曼光谱仪的代际飞跃。

拉曼光谱仪作为一种重要的光谱分析仪器被广泛应用。其原理是由激光光源作用于样品产生拉曼散射光，形成图谱，从而分析化学成分及微观结构。时间分辨率和频率分辨率是拉曼光谱检测技术的重要参数。传统拉曼光谱仪受限于光学时频共轭性理论限制，信号采集存在“天花板”。就像用手机拍一辆飞驰的赛车，要么拍糊了，要么像素低。高时间分辨率和高频率分辨率，二者“鱼和熊掌不可兼得”。

三年前，中国计量大学荣誉学院量新学院学生林翔、章博乐和陆洲等人在课上突发奇想，“既然量子纠缠能突破经典光学极限，为什么不用它改造拉曼光谱仪？”于是，他们在实验室搭建了一个简单粗糙的光路模型，隔板外壳用的还是泡面的大纸盒子。谁也没想到，这个被同学们戏称为“纸盒实验”的尝试在迭代了47版方案后终于有了转机。

团队创新使用量子纠缠光技术，通过纠缠态光子对增强拉曼散射，同时捕捉到了负责记录时间和事件的信号光子和闲频光子信息。他们还将二维铋烯材料镀膜在BBO晶体上，代替传统非线性晶体，成功解决了纠缠光源产生率不高和不稳定的问题。最终成功实现了时间和频率的高分辨率，使频率分辨率达到0.1波数每厘米、时间分辨率突破至20飞秒，将检测精度提升了百倍。

团队在实验室进行仪器调试及测试  中国计量大学供图

据悉，传统光谱分析主要依赖专家经验或者软件分析，误判率高，根据样品的复杂程度检测时间从几秒钟到几个小时不等。“量子智探”团队成员基于百万级的矿物、生物分子光谱数据库，开发了边云双擎光谱智能解析AI算法和计量溯源算法，研发出自适应动态学习系统，将数据分析处理速度缩短到了1秒以内，检测结果的可靠性也大大增强。

在检测试用中，设备从混杂各种干扰的包裹内快速锁定微量药物残留，准确率高达98%，较传统方法提高了22.5%。

目前，高端拉曼光谱仪约90%源自进口。“希望同学们的成果能推动国产替代、降低检测门槛。”团队指导教师程芳透露，项目团队的大学生们以第一发明人和第一作者身份已获10项国家发明专利、3件软件著作权，并发表了6篇SCI/EI顶刊论文，论文单篇最高影响因子达21.1。

团队表示，接下来将继续优化技术，推动设备的量产化，并与更多行业合作，深化在材料分析、化学检测、医学药物检测、环境监测、海关安检与公安刑侦等领域的应用探索。