在合肥中国科学技术大学的校园里,最近很少见到副校长潘建伟院士的身影。作为量子科学实验卫星项目负责人,他更多的时间在上海浦东的中国科大上海研究院里,与同事们一起为卫星2016年如期发射紧张工作。

  从读本科时与“量子”结缘,今年45岁的潘建伟已经与“量子”打了二十多年交道。

  在中国建一个世界领先的量子光学实验室

  1987年,考入中国科大的潘建伟,第一次接触量子力学,就为其中蕴含的种种神秘而着迷。本科毕业后,潘建伟继续在校攻读理论物理硕士,方向是量子基本理论。随着研究的深入,潘建伟认识到,量子理论中的各种悬疑需要尖端实验技术才能验证,于是硕士毕业后他选择了去代表世界研究水平的国外高校留学。

  1996年,潘建伟来到奥地利因斯布鲁克大学。第一次见面,导师塞林格问他,“你的梦想是什么?”“我要在中国建一个和您的实验室一样的世界领先的量子光学实验室。”一年后,潘建伟便与同事一起在《自然》上发表了首次实现量子隐形传态的学术论文,这个成果被公认为量子信息实验领域的开山之作,被美国物理学会、欧洲物理学会和《科学》杂志评为年度十大进展,并入选《自然》“百年物理学21篇经典论文”。此后,潘建伟又先后在国际上首次完成了量子纠缠交换,三光子、四光子纠缠及其非定域性检验,量子纠缠纯化等重要实验。

  此时,量子信息已被国际科技界预见为会对未来信息技术和人类社会生活产生革命性影响新兴学科。然而,在国内甚至还有人认为是伪科学。潘建伟每年都利用假期回到科大讲学,通过各种渠道和前辈们一起为我国在量子信息领域的发展提出建议。2001年,潘建伟得到中科院和国家自然科学基金委的资金支持,并在导师张永德教授和近代物理系同仁支持下,从零开始组建实验室。

  引领中国团队成为世界劲旅

  2001年,国内的研究水平和人才储备都很薄弱,潘建伟像“候鸟”一样,一边回到欧洲继续从事合作研究,一边指导国内的研究生建立实验室。不到一年,国内的研究组作为第一单位就在《物理评论快报》上发表7篇论文。2004年,《自然》杂志发表了他们首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输的成果。这一成果同时入选欧洲物理学会和美国物理学会的年度国际物理学重大进展,这在中国科学家中还是第一次。

  量子信息是计算机、信息科学与量子物理相结合而产生的交叉学科,需要不同学科背景的人才、技术和较高强度的经费支持,在快速推进国内实验室建设的同时,潘建伟继续在欧洲从事冷原子量子调控方面的学习与合作研究,并通过从国内招收研究生和博士后,选派学生到国际先进小组学习等方式培养这方面的研究力量,完成了光与冷原子量子信息技术方面至关重要的人才和技术原始积累。潘建伟的人才布局,从中国科大起步,分别辐射奥地利因斯布鲁克大学、英国剑桥大学、德国马普量子光学所、瑞士日内瓦大学、美国斯坦福大学……进行着人才的分众深耕。

  2008年,潘建伟团队整体回归中国科大,以陈宇翱、陆朝阳、张强、赵博等为代表的一批优秀青年学者组成了强大研究阵容。他们首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输;首次实现具有存储和读出功能的纠缠交换;首次实现八光子薛定谔猫态;利用八光子纠缠首次实现拓扑量子纠错;首次实现百公里量级自由空间量子隐形传态和纠缠分发;首次实现多自由度量子隐形传态;首次实现量子机器学习算法……《自然》杂志在报道潘建伟团队成果时评价:“在量子通信领域,中国用了不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北美。”

  构建中国的量子通信体系

  “科学家要做原始创新,为国服务。”潘建伟有着明确的科研路线图:从初步实现局域的量子通信网络,到实现多横多纵的全球范围量子通信网络,以保证信息传输的绝对安全;通过量子计算研究,实现大数据时代信息的有效挖掘;通过量子精密测量研究,实现新一代定位导航……

  早在2008年秋,潘建伟团队就在合肥建立了世界上第一个光量子电话网,实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话,真正做到“电话互联互通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话网络系统。2012年和2014年,潘建伟团队分别建成了国际上规模最大的量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网络”和“济南量子通信试验网”,标志着大容量的城域量子通信网络技术已经成熟。2012年底,潘建伟团队的量子通信装备在北京投入常态运行,为十八大等国家重要政治活动提供信息安全保障。

  2014年1月,依托于中国科大研究力量,中科院成立了量子信息与量子科技前沿卓越创新中心,同时通过整合院内相关研究所和南京大学、国防科大等高校的优质资源,在教育部支持下成立了量子信息与量子科技前沿协同创新中心,潘建伟分别出任中心主任。他说:“我们希望能瞄准世界科学前沿和国家重大需求,为国民经济发展和社会进步作贡献。”

  目前,千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目正在稳步建设,将于2016年年底前建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,同时,潘建伟团队牵头实施中科院战略性先导科技专项,将于2016年发射首颗“量子科学实验卫星”,旨在实现高速星地量子通信并连接地面的城域量子通信网络,初步构建我国的广域量子通信体系。

  (来源:光明日报)