量子通信領域響起“中國聲音” ——潘建偉逐夢量子世界

　　ICCSZ訊   35歲，獲歐洲物理學會“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歲的中國科學技術(shù)大學教授、中國科學院院士潘建偉帶領他的研究團隊，搶占量子通信制高點——

　　明年，神秘浩瀚的宇宙將增添一顆耀眼的“明星”——中國“量子科學實驗衛(wèi)星”。它將是世界上首個上天的量子衛(wèi)星，屆時憑借這顆衛(wèi)星，全球化量子通信將會成為可能。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現(xiàn)這一宏大目標而緊張忙碌著。從讀本科時與“量子”結(jié)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

　　上大學時，英語不太好的潘建偉，原本沒考慮過要出國。 “我要在國內(nèi)做出成就，讓別人請我出國講學! ”潘建偉曾這樣想。于是，他在遠大抱負中開啟了學術(shù)之旅。

　　在中科大念本科時，潘建偉第一次接觸到量子力學，量子理論中種種神秘觀念令他著迷。本科畢業(yè)前，他集中研究和總結(jié)了量子世界的各種佯謬，寫進了畢業(yè)論文。此后，潘建偉繼續(xù)在中科大攻讀理論物理碩士學位，隨著研究的深入，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驗技術(shù)才能得以驗證，而當時國內(nèi)在這方面與國際先進水平相比還很落后。

　　“你的夢想是什么? ”“我要在中國建一個和您實驗室一樣的世界領先的量子光學實驗室。 ”1996年，潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學，第一次見面，導師塞林格就這樣問他。此后，潘建偉一直用行動踐行著這個承諾。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“首次實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)”的學術(shù)論文，該成果被公認為量子信息實驗領域的開山之作，被《自然》雜志評為“百年物理學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驗。

　　潘建偉在奧地利攻讀學位之際，正是量子信息這門新興科學蓬勃發(fā)展的年月。然而，這門學科當時在國內(nèi)還有很大爭議，有人甚至認為量子信息是偽科學。從1997年開始，潘建偉每年利用假期回到中科大講學，通過各種渠道和國內(nèi)前輩們一起為量子科技發(fā)展提出建議，并帶動一批研究人員進入這一領域，希望中國能抓住趕超發(fā)達國家并掌握主動權(quán)的機會。

　　一切從零開始。在這一關(guān)鍵時刻，中科院和母校中科大及時給了他 “輸血式”的支持。 2001年，潘建偉得到中科院650萬元的資金支持，加上國家自然科學基金委的40萬元，共690萬元的經(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驗室。

　　世界前沿響起“中國聲音”

　　有了資金，潘建偉跨過了第一道難關(guān)。然而，第二道技術(shù)難關(guān)，接踵而至。當時，國內(nèi)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，必須與國際先進小組保持密切聯(lián)系，向他們學習。 ”潘建偉再次回到歐洲，跟隨已經(jīng)轉(zhuǎn)到維也納大學的導師塞林格，繼續(xù)從事多光子糾纏方面的合作研究。

　　這段時間，潘建偉像“候鳥”一樣兩頭跑，一邊在國外學習經(jīng)驗，一邊指導國內(nèi)研究生建立實驗室。不到一年時間，潘建偉率領的國內(nèi)研究組，作為第一單位在權(quán)威雜志 《物理評論快報》上發(fā)表了7篇論文。而當時國內(nèi)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現(xiàn)了五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸，該成果順利登上《自然》雜志，同時入選歐洲物理學會和美國物理學會評選出的年度國際物理學重大進展，這對中國科學家來說還是第一次。

　　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，潘建偉在快速推進國內(nèi)實驗室建設的同時，繼續(xù)在歐洲從事冷原子量子調(diào)控方面的學習與合作研究，并通過從國內(nèi)招收研究生和博士后、選派學生到國際先進小組學習等方式培養(yǎng)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、英國劍橋大學、德國馬普量子光學所、瑞士日內(nèi)瓦大學、美國斯坦福大學……最終再回歸中科大。2008年，潘建偉帶領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(xù)回國，以陳宇翱、陸朝陽、張強、趙博等為代表的一批優(yōu)秀青年學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：首次在國際上實現(xiàn)五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸;首次實現(xiàn)具有存儲和讀出功能的糾纏交換，完美地實現(xiàn)了長程量子通信中亟需的“量子中繼器”;首次實驗實現(xiàn)了八光子薛定諤貓態(tài);首次實驗實現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā);首次實現(xiàn)多自由度量子隱形傳態(tài)。

　　“在量子通信領域，中國用了不到十年時間，由一個不起眼的國家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美。 ”《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。

　　合作共贏勝過單打獨斗

　　“科學家要做原始創(chuàng)新，為國服務。”潘建偉有著明確的科研路線圖：通過量子通信研究，從初步實現(xiàn)局域的量子通信網(wǎng)絡，到實現(xiàn)多橫多縱的全球量子通信網(wǎng)絡，以保證信息傳輸?shù)慕^對安全;通過量子計算研究，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代信息的有效挖掘;通過量子精密測量研究，實現(xiàn)新一代定位導航……

　　“科研需要群體作戰(zhàn)，不能單打獨斗。”近年來，中科院以中科大為依托，適時成立中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心，通過整合院內(nèi)相關(guān)研究所和南京大學、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(jù)“最優(yōu)、最簡、互補”的原則對我國在量子信息領域的主體研究力量進行初步整合。

　　早在2008年，潘建偉團隊就在合肥建立世界上首個光量子電話網(wǎng)，實現(xiàn)“一次一密”加密方式的實時網(wǎng)絡通話，真正做到“電話互聯(lián)互通、語音實時加密、安全牢不可破”的量子保密電話網(wǎng)絡系統(tǒng)。2012年、2014年，潘建偉團隊分別建成國際上規(guī)模最大的量子通信網(wǎng)絡 “合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)絡”和“濟南量子通信試驗網(wǎng)”，標志著大容量的城域量子通信網(wǎng)絡技術(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”項目也正在穩(wěn)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，推動量子通信技術(shù)在國防、政務、金融等領域的應用。與此同時，潘建偉團隊正在牽頭實施中科院戰(zhàn)略性先導科技專項，將于2016年發(fā)射世界首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”。

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