量子通信領(lǐng)域響起“中國聲音” ——潘建偉逐夢(mèng)量子世界

　　ICCSZ訊   35歲，獲歐洲物理學(xué)會(huì )“菲涅爾獎”;41歲，當選中國“最年輕院士”;42歲，獲國際量子通信大獎。如今，45歲的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士潘建偉帶領(lǐng)他的研究團隊，搶占量子通信制高點(diǎn)——

　　明年，神秘浩瀚的宇宙將增添一顆耀眼的“明星”——中國“量子科學(xué)實(shí)驗衛星”。它將是世界上首個(gè)上天的量子衛星，屆時(shí)憑借這顆衛星，全球化量子通信將會(huì )成為可能。日前，在位于上海浦東的中科大上海研究院，潘建偉院士和同事們正在為實(shí)現這一宏大目標而緊張忙碌著(zhù)。從讀本科時(shí)與“量子”結緣，潘建偉已與“量子”打交道二十余年。

　　出國是為了更好地回國

　　上大學(xué)時(shí)，英語(yǔ)不太好的潘建偉，原本沒(méi)考慮過(guò)要出國。 “我要在國內做出成就，讓別人請我出國講學(xué)! ”潘建偉曾這樣想。于是，他在遠大抱負中開(kāi)啟了學(xué)術(shù)之旅。

　　在中科大念本科時(shí)，潘建偉第一次接觸到量子力學(xué)，量子理論中種種神秘觀(guān)念令他著(zhù)迷。本科畢業(yè)前，他集中研究和總結了量子世界的各種佯謬，寫(xiě)進(jìn)了畢業(yè)論文。此后，潘建偉繼續在中科大攻讀理論物理碩士學(xué)位，隨著(zhù)研究的深入，潘建偉越發(fā)認識到，量子理論中的各種懸疑需要尖端的實(shí)驗技術(shù)才能得以驗證，而當時(shí)國內在這方面與國際先進(jìn)水平相比還很落后。

　　“你的夢(mèng)想是什么? ”“我要在中國建一個(gè)和您實(shí)驗室一樣的世界領(lǐng)先的量子光學(xué)實(shí)驗室。 ”1996年，潘建偉來(lái)到奧地利因斯布魯克大學(xué)，第一次見(jiàn)面，導師塞林格就這樣問(wèn)他。此后，潘建偉一直用行動(dòng)踐行著(zhù)這個(gè)承諾。僅僅一年之后，潘建偉便與同事一起在國際頂尖雜志 《自然》上發(fā)表了“首次實(shí)現量子隱形傳態(tài)”的學(xué)術(shù)論文，該成果被公認為量子信息實(shí)驗領(lǐng)域的開(kāi)山之作，被《自然》雜志評為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。此后，潘建偉又先后在國際上首次完成量子糾纏交換，三光子、四光子糾纏及其非定域性檢驗，量子糾纏純化等重要實(shí)驗。

　　潘建偉在奧地利攻讀學(xué)位之際，正是量子信息這門(mén)新興科學(xué)蓬勃發(fā)展的年月。然而，這門(mén)學(xué)科當時(shí)在國內還有很大爭議，有人甚至認為量子信息是偽科學(xué)。從1997年開(kāi)始，潘建偉每年利用假期回到中科大講學(xué)，通過(guò)各種渠道和國內前輩們一起為量子科技發(fā)展提出建議，并帶動(dòng)一批研究人員進(jìn)入這一領(lǐng)域，希望中國能抓住趕超發(fā)達國家并掌握主動(dòng)權的機會(huì )。

　　一切從零開(kāi)始。在這一關(guān)鍵時(shí)刻，中科院和母校中科大及時(shí)給了他 “輸血式”的支持。 2001年，潘建偉得到中科院650萬(wàn)元的資金支持，加上國家自然科學(xué)基金委的40萬(wàn)元，共690萬(wàn)元的經(jīng)費，他瞬間 “從窮光蛋變成了小富翁”。在導師張永德教授和近代物理系同仁的支持下，潘建偉立即在中科大組建自己的實(shí)驗室。

　　世界前沿響起“中國聲音”

　　有了資金，潘建偉跨過(guò)了第一道難關(guān)。然而，第二道技術(shù)難關(guān)，接踵而至。當時(shí)，國內的研究水平和人才儲備都很薄弱，諸多難題擺在了潘建偉面前。“趕超發(fā)達國家，必須與國際先進(jìn)小組保持密切聯(lián)系，向他們學(xué)習。 ”潘建偉再次回到歐洲，跟隨已經(jīng)轉到維也納大學(xué)的導師塞林格，繼續從事多光子糾纏方面的合作研究。

　　這段時(shí)間，潘建偉像“候鳥(niǎo)”一樣兩頭跑，一邊在國外學(xué)習經(jīng)驗，一邊指導國內研究生建立實(shí)驗室。不到一年時(shí)間，潘建偉率領(lǐng)的國內研究組，作為第一單位在權威雜志 《物理評論快報》上發(fā)表了7篇論文。而當時(shí)國內的普遍情況是，頂尖高校在該雜志一年也發(fā)不了幾篇論文。 2004年，他們在國際上首次實(shí)現了五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱形傳輸，該成果順利登上《自然》雜志，同時(shí)入選歐洲物理學(xué)會(huì )和美國物理學(xué)會(huì )評選出的年度國際物理學(xué)重大進(jìn)展，這對中國科學(xué)家來(lái)說(shuō)還是第一次。

　　人才是第一生產(chǎn)力。作為世界前沿，量子科技需要不同學(xué)科背景的人才、技術(shù)和較高強度的經(jīng)費支持。 2003年至2008年，潘建偉在快速推進(jìn)國內實(shí)驗室建設的同時(shí)，繼續在歐洲從事冷原子量子調控方面的學(xué)習與合作研究，并通過(guò)從國內招收研究生和博士后、選派學(xué)生到國際先進(jìn)小組學(xué)習等方式培養后備力量，完成量子科技至關(guān)重要的人才和技術(shù)原始積累。

　　潘建偉的人才布局，從中科大起步，分別輻射奧地利因斯布魯克大學(xué)、英國劍橋大學(xué)、德國馬普量子光學(xué)所、瑞士日內瓦大學(xué)、美國斯坦福大學(xué)……最終再回歸中科大。2008年，潘建偉帶領(lǐng)在德國的團隊整體回歸母校，而其他分布在海外各地的年輕人也陸續回國，以陳宇翱、陸朝陽(yáng)、張強、趙博等為代表的一批優(yōu)秀青年學(xué)者組成了一支強大的研究團隊。

　　從2004年至今，潘建偉團隊取得一系列具有重要國際影響的研究成果：首次在國際上實(shí)現五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱形傳輸;首次實(shí)現具有存儲和讀出功能的糾纏交換，完美地實(shí)現了長(cháng)程量子通信中亟需的“量子中繼器”;首次實(shí)驗實(shí)現了八光子薛定諤貓態(tài);首次實(shí)驗實(shí)現百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā);首次實(shí)現多自由度量子隱形傳態(tài)。

　　“在量子通信領(lǐng)域，中國用了不到十年時(shí)間，由一個(gè)不起眼的國家發(fā)展成為現在的世界勁旅，將領(lǐng)先于歐洲和北美。 ”《自然》雜志在報道潘建偉團隊量子通信研究成果的新聞特稿“量子太空競賽”中指出。

　　合作共贏(yíng)勝過(guò)單打獨斗

　　“科學(xué)家要做原始創(chuàng )新，為國服務(wù)。”潘建偉有著(zhù)明確的科研路線(xiàn)圖：通過(guò)量子通信研究，從初步實(shí)現局域的量子通信網(wǎng)絡(luò )，到實(shí)現多橫多縱的全球量子通信網(wǎng)絡(luò )，以保證信息傳輸的絕對安全;通過(guò)量子計算研究，實(shí)現大數據時(shí)代信息的有效挖掘;通過(guò)量子精密測量研究，實(shí)現新一代定位導航……

　　“科研需要群體作戰，不能單打獨斗。”近年來(lái)，中科院以中科大為依托，適時(shí)成立中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng )新中心，通過(guò)整合院內相關(guān)研究所和南京大學(xué)、國防科大等優(yōu)勢高校，在教育部支持下成立量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng )新中心，根據“最優(yōu)、最簡(jiǎn)、互補”的原則對我國在量子信息領(lǐng)域的主體研究力量進(jìn)行初步整合。

　　早在2008年，潘建偉團隊就在合肥建立世界上首個(gè)光量子電話(huà)網(wǎng)，實(shí)現“一次一密”加密方式的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )通話(huà)，真正做到“電話(huà)互聯(lián)互通、語(yǔ)音實(shí)時(shí)加密、安全牢不可破”的量子保密電話(huà)網(wǎng)絡(luò )系統。2012年、2014年，潘建偉團隊分別建成國際上規模最大的量子通信網(wǎng)絡(luò ) “合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)絡(luò )”和“濟南量子通信試驗網(wǎng)”，標志著(zhù)大容量的城域量子通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)成熟。 2012年底，潘建偉團隊的量子通信裝備在北京投入常態(tài)運行，為“黨的十八大”等國家重要政治活動(dòng)提供信息安全保障。

　　目前，在國家發(fā)改委的支持下，千公里光纖量子通信骨干網(wǎng)工程“京滬干線(xiàn)”項目也正在穩步建設，將于2016年底前后建成連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò )，推動(dòng)量子通信技術(shù)在國防、政務(wù)、金融等領(lǐng)域的應用。與此同時(shí)，潘建偉團隊正在牽頭實(shí)施中科院戰略性先導科技專(zhuān)項，將于2016年發(fā)射世界首顆“量子科學(xué)實(shí)驗衛星”。

　　“科學(xué)研究，不僅要仰望星空，也要腳踏實(shí)地。 ”潘建偉感慨地說(shuō)，我們不能再像以前那樣，用一火車(chē)的東西去換人家幾塊芯片;我們不僅要關(guān)注原始創(chuàng )新，也要鼓勵成果轉化，讓普通老百姓享受科技發(fā)展帶來(lái)的利益。 “知者不惑，仁者不憂(yōu)，勇者不懼。 ”潘建偉不僅一直踐行著(zhù)孔子的這句經(jīng)典名言，也言傳身教地影響著(zhù)他的學(xué)生們。