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量子通信領(lǐng)域響起“中國聲音” ——潘建偉逐夢量子世界

摘要:35歲,獲歐洲物理學(xué)會“菲涅爾獎”;41歲,當(dāng)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

  ICCSZ訊   35歲,獲歐洲物理學(xué)會“菲涅爾獎”;41歲,當(dāng)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——

  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(biāo)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(xué)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(xué)! ”潘建偉曾這樣想。于是,他在遠(yuǎn)大抱負(fù)中開啟了學(xué)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(xué),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(xué)位,隨著研究的深入,潘建偉越發(fā)認(rèn)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(dāng)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(lǐng)先的量子光學(xué)實驗室。 ”1996年,潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學(xué),第一次見面,導(dǎo)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(xué)術(shù)論文,該成果被公認(rèn)為量子信息實驗領(lǐng)域的開山之作,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驗。

  潘建偉在奧地利攻讀學(xué)位之際,正是量子信息這門新興科學(xué)蓬勃發(fā)展的年月。然而,這門學(xué)科當(dāng)時在國內(nèi)還有很大爭議,有人甚至認(rèn)為量子信息是偽科學(xué)。從1997年開始,潘建偉每年利用假期回到中科大講學(xué),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(lǐng)域,希望中國能抓住趕超發(fā)達(dá)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(xué)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(dǎo)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(dāng)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(dá)國家,必須與國際先進小組保持密切聯(lián)系,向他們學(xué)習(xí)。 ”潘建偉再次回到歐洲,跟隨已經(jīng)轉(zhuǎn)到維也納大學(xué)的導(dǎo)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(xué)習(xí)經(jīng)驗,一邊指導(dǎo)國內(nèi)研究生建立實驗室。不到一年時間,潘建偉率領(lǐng)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(dāng)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(xué)會和美國物理學(xué)會評選出的年度國際物理學(xué)重大進展,這對中國科學(xué)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(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,潘建偉在快速推進國內(nèi)實驗室建設(shè)的同時,繼續(xù)在歐洲從事冷原子量子調(diào)控方面的學(xué)習(xí)與合作研究,并通過從國內(nèi)招收研究生和博士后、選派學(xué)生到國際先進小組學(xué)習(xí)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(xué)、英國劍橋大學(xué)、德國馬普量子光學(xué)所、瑞士日內(nèi)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(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(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(lǐng)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(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。

  合作共贏勝過單打獨斗

  “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(luò),到實現(xiàn)多橫多縱的全球量子通信網(wǎng)絡(luò),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(dǎo)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(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(jù)“最優(yōu)、最簡、互補”的原則對我國在量子信息領(lǐng)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(luò)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(luò)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(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(biāo)志著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(shè),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),推動量子通信技術(shù)在國防、政務(wù)、金融等領(lǐng)域的應(yīng)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(dǎo)科技專項,將于2016年發(fā)射世界首顆“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”。

  “科學(xué)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(xué)生們。

內(nèi)容來自:安徽日報
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