量子通信领域响起“中国声音” ——潘建伟逐梦量子世界

　　ICCSZ讯   35岁，获欧洲物理学会“菲涅尔奖”;41岁，当选中国“最年轻院士”;42岁，获国际量子通信大奖。如今，45岁的中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟带领他的研究团队，抢占量子通信制高点——

　　明年，神秘浩瀚的宇宙将增添一颗耀眼的“明星”——中国“量子科学实验卫星”。它将是世界上首个上天的量子卫星，届时凭借这颗卫星，全球化量子通信将会成为可能。日前，在位于上海浦东的中科大上海研究院，潘建伟院士和同事们正在为实现这一宏大目标而紧张忙碌着。从读本科时与“量子”结缘，潘建伟已与“量子”打交道二十余年。

　　出国是为了更好地回国

　　上大学时，英语不太好的潘建伟，原本没考虑过要出国。 “我要在国内做出成就，让别人请我出国讲学! ”潘建伟曾这样想。于是，他在远大抱负中开启了学术之旅。

　　在中科大念本科时，潘建伟第一次接触到量子力学，量子理论中种种神秘观念令他着迷。本科毕业前，他集中研究和总结了量子世界的各种佯谬，写进了毕业论文。此后，潘建伟继续在中科大攻读理论物理硕士学位，随着研究的深入，潘建伟越发认识到，量子理论中的各种悬疑需要尖端的实验技术才能得以验证，而当时国内在这方面与国际先进水平相比还很落后。

　　“你的梦想是什么? ”“我要在中国建一个和您实验室一样的世界领先的量子光学实验室。 ”1996年，潘建伟来到奥地利因斯布鲁克大学，第一次见面，导师塞林格就这样问他。此后，潘建伟一直用行动践行着这个承诺。仅仅一年之后，潘建伟便与同事一起在国际顶尖杂志 《自然》上发表了“首次实现量子隐形传态”的学术论文，该成果被公认为量子信息实验领域的开山之作，被《自然》杂志评为“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。

　　潘建伟在奥地利攻读学位之际，正是量子信息这门新兴科学蓬勃发展的年月。然而，这门学科当时在国内还有很大争议，有人甚至认为量子信息是伪科学。从1997年开始，潘建伟每年利用假期回到中科大讲学，通过各种渠道和国内前辈们一起为量子科技发展提出建议，并带动一批研究人员进入这一领域，希望中国能抓住赶超发达国家并掌握主动权的机会。

　　一切从零开始。在这一关键时刻，中科院和母校中科大及时给了他 “输血式”的支持。 2001年，潘建伟得到中科院650万元的资金支持，加上国家自然科学基金委的40万元，共690万元的经费，他瞬间 “从穷光蛋变成了小富翁”。在导师张永德教授和近代物理系同仁的支持下，潘建伟立即在中科大组建自己的实验室。

　　世界前沿响起“中国声音”

　　有了资金，潘建伟跨过了第一道难关。然而，第二道技术难关，接踵而至。当时，国内的研究水平和人才储备都很薄弱，诸多难题摆在了潘建伟面前。“赶超发达国家，必须与国际先进小组保持密切联系，向他们学习。 ”潘建伟再次回到欧洲，跟随已经转到维也纳大学的导师塞林格，继续从事多光子纠缠方面的合作研究。

　　这段时间，潘建伟像“候鸟”一样两头跑，一边在国外学习经验，一边指导国内研究生建立实验室。不到一年时间，潘建伟率领的国内研究组，作为第一单位在权威杂志 《物理评论快报》上发表了7篇论文。而当时国内的普遍情况是，顶尖高校在该杂志一年也发不了几篇论文。 2004年，他们在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输，该成果顺利登上《自然》杂志，同时入选欧洲物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展，这对中国科学家来说还是第一次。

　　人才是第一生产力。作为世界前沿，量子科技需要不同学科背景的人才、技术和较高强度的经费支持。 2003年至2008年，潘建伟在快速推进国内实验室建设的同时，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后备力量，完成量子科技至关重要的人才和技术原始积累。

　　潘建伟的人才布局，从中科大起步，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……最终再回归中科大。2008年，潘建伟带领在德国的团队整体回归母校，而其他分布在海外各地的年轻人也陆续回国，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一支强大的研究团队。

　　从2004年至今，潘建伟团队取得一系列具有重要国际影响的研究成果：首次在国际上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，完美地实现了长程量子通信中亟需的“量子中继器”;首次实验实现了八光子薛定谔猫态;首次实验实现百公里量级的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。

　　“在量子通信领域，中国用了不到十年时间，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。 ”《自然》杂志在报道潘建伟团队量子通信研究成果的新闻特稿“量子太空竞赛”中指出。

　　合作共赢胜过单打独斗

　　“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：通过量子通信研究，从初步实现局域的量子通信网络，到实现多横多纵的全球量子通信网络，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……

　　“科研需要群体作战，不能单打独斗。”近年来，中科院以中科大为依托，适时成立中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心，通过整合院内相关研究所和南京大学、国防科大等优势高校，在教育部支持下成立量子信息与量子科技前沿协同创新中心，根据“最优、最简、互补”的原则对我国在量子信息领域的主体研究力量进行初步整合。

　　早在2008年，潘建伟团队就在合肥建立世界上首个光量子电话网，实现“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、2014年，潘建伟团队分别建成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“党的十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。

　　目前，在国家发改委的支持下，千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目也正在稳步建设，将于2016年底前后建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用。与此同时，潘建伟团队正在牵头实施中科院战略性先导科技专项，将于2016年发射世界首颗“量子科学实验卫星”。

　　“科学研究，不仅要仰望星空，也要脚踏实地。 ”潘建伟感慨地说，我们不能再像以前那样，用一火车的东西去换人家几块芯片;我们不仅要关注原始创新，也要鼓励成果转化，让普通老百姓享受科技发展带来的利益。 “知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。 ”潘建伟不仅一直践行着孔子的这句经典名言，也言传身教地影响着他的学生们。