潘建偉：量子領(lǐng)域占領(lǐng)科技高地 科學(xué)前沿閃耀中國光芒

◎ 本刊記者 韓 羽

2013年10月30日，何梁何利基金2013年度頒獎大會在北京釣魚臺國賓館舉行。中科院院士、70后青年物理學(xué)家潘建偉榮獲2013年度何梁何利基金的最高獎——“科學(xué)與技術(shù)成就獎”，這是潘建偉繼2005年獲得香港求是科技基金會“求是杰出科學(xué)家獎”以來在國內(nèi)獲得的又一重要學(xué)術(shù)榮譽(yù)。

潘建偉主要從事量子力學(xué)基礎(chǔ)問題檢驗(yàn)、量子通信和量子計(jì)算等方面的研究，是國際上多光子糾纏操縱和量子信息實(shí)驗(yàn)研究方面有突出貢獻(xiàn)的學(xué)者之一。1997年以來，他的團(tuán)隊(duì)已在《自然》、《自然-物理》、《自然-光子學(xué)》、美國《國家科學(xué)院院刊》、《物理評論快報》等權(quán)威期刊發(fā)表論文67篇，被引用7500余次，其成果5次入選歐洲物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”、4次入選美國物理學(xué)會評選的“年度物理學(xué)重大事件”、6次入選兩院院士評選的“年度中國十大科技進(jìn)展新聞”。

12年前，潘建偉教授回國組建實(shí)驗(yàn)室，矢志于量子力學(xué)基礎(chǔ)問題檢驗(yàn)、量子通信和量子計(jì)算等方面的研究，取得了驕人的成績，為我國量子信息領(lǐng)域迅速走到世界前列作出了突出貢獻(xiàn)，并培養(yǎng)了一大批科技后備力量。

興趣指引方向：初出茅廬便一鳴驚人

潘建偉選擇物理作為專業(yè)，完全出于興趣和愛好。1987年，他考入中國科大近代物理系。大學(xué)時期，班上僅省高考狀元就有7個。“我的成績只能算中等偏下，不過我心態(tài)好，學(xué)習(xí)一直很積極，對每門物理功課都抱有濃厚興趣?！迸私▊バχf。

1996年，在中國科大獲得理論物理碩士學(xué)位后，潘建偉投入奧地利維也納大學(xué)塞林格教授門下攻讀博士學(xué)位。那時候，導(dǎo)師正在組織一個幾百萬歐元的歐盟項(xiàng)目，這是量子信息實(shí)驗(yàn)研究方面的第一個國際合作項(xiàng)目。此前，量子信息一直處在理論研究階段，還沒有得到實(shí)驗(yàn)支撐?！拔依碚摴Φ妆容^好，因此很快就進(jìn)入了狀態(tài)，工作進(jìn)行得相當(dāng)快。”

1997年，題為《實(shí)驗(yàn)量子隱形傳態(tài)》的研究論文在《自然》上發(fā)表，該成果被公認(rèn)為量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開山之作?！拔沂钦撐牡牡诙髡撸l(fā)表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量和處理主要是由我完成的。”潘建偉說，“以這個工作為起點(diǎn)，量子信息實(shí)驗(yàn)研究此后進(jìn)入熱門狀態(tài)?！?/p>

從跟蹤到領(lǐng)跑：在安全量子通信方面實(shí)現(xiàn)重大突破

2001年，潘建偉回到中國科大工作。量子信息研究發(fā)展很快，當(dāng)時無論是研究水平還是人才儲備方面，國內(nèi)的基礎(chǔ)都很薄弱。潘建偉說：“我們必須與國際上的先進(jìn)小組保持密切聯(lián)系，虛心向他們學(xué)習(xí)，才能更快地前進(jìn)。如果等到別人絕塵而去，你再去追，就來不及了?！?/p>

在這種思路指引下，潘建偉在與他的同學(xué)楊濤在一起組織科研隊(duì)伍、開展實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的同時，還繼續(xù)在維也納大學(xué)從事多光子糾纏方面的合作研究。2004年，潘建偉研究組在國際上首次實(shí)現(xiàn)五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸，《自然》發(fā)表了這一成果，并稱贊說：“這種新穎的量子態(tài)隱形傳輸，是量子糾錯和分布式量子信息處理所需要的關(guān)鍵技術(shù)?！边@一成果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(jìn)展，這是中國科學(xué)家的第一次。

“這表明國內(nèi)研究組在量子糾纏方面的工作，已躍居國際領(lǐng)先水平?！迸私▊フf，“我可以離開維也納了，那里的知識我們國內(nèi)小組已經(jīng)全部掌握了?！?/p>

此后，潘建偉以瑪麗·居里講席教授的身份到德國海德堡大學(xué)從事量子存儲的合作研究。幾年下來，潘建偉團(tuán)隊(duì)在冷原子量子存儲方面形成了豐富的人才和技術(shù)積累，取得了一系列國際領(lǐng)先的研究成果。2008年，《自然》再次發(fā)表潘建偉團(tuán)隊(duì)的重要研究成果，他們利用量子存儲技術(shù)在國際上首次實(shí)現(xiàn)了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，完美地實(shí)現(xiàn)了長程量子通信中急需的“量子中繼器”。

2008年10月，潘建偉和他在德國的團(tuán)隊(duì)整體回歸中國科大。這個時候，潘建偉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成為國際上首次把安全量子通信距離突破到超過百公里量級的3個團(tuán)隊(duì)之一，國際上報道安全的實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究的兩個團(tuán)隊(duì)之一，也是國內(nèi)唯一領(lǐng)銜開展星地量子通信實(shí)驗(yàn)研究的科研團(tuán)隊(duì)。

“在光量子糾纏操縱和量子通信方面，我們最終都走到了領(lǐng)跑的位置。”潘建偉說，“現(xiàn)在我們可以在國內(nèi)開展國際領(lǐng)先的研究工作了。”

培養(yǎng)創(chuàng)新人才：提倡創(chuàng)造人文氛圍與科學(xué)氛圍

“千里馬常有，而伯樂不常有?！币虼?，潘建偉建議：“發(fā)展中的中國應(yīng)成為科學(xué)大師和一流科技人才的集聚地，因?yàn)橹挥刑幵诳蒲凶钋把氐囊涣骺茖W(xué)家才會獨(dú)具選拔高水平人才種子的慧眼，必須認(rèn)真聽取他們關(guān)于人才政策的意見和建議，考慮他們對優(yōu)秀青年人才的推薦。”2009年，他以中科院“百人計(jì)劃”等方式，引進(jìn)了一批優(yōu)秀的青年學(xué)術(shù)骨干，壯大了中科大的研究力量。

為使科研人員的想象力創(chuàng)造力得到自由發(fā)揮、競爭精神受到充分激勵，潘建偉大力提倡創(chuàng)造一個人文氛圍與科學(xué)氛圍相得益彰的大環(huán)境：既要大力弘揚(yáng)民族的優(yōu)良傳統(tǒng)和先進(jìn)文化，又要在全社會大力弘揚(yáng)科學(xué)精神，傳播科學(xué)知識和科學(xué)思想，培育崇尚科學(xué)、鼓勵創(chuàng)新的社會氛圍和全民素質(zhì)，形成高層次創(chuàng)新型科技人才成長的精神沃土。“只有在這樣人文氛圍與科學(xué)氛圍相得益彰的大環(huán)境中，科研人員的想象力、創(chuàng)造力和競爭精神才會受到充分的激勵和自由的發(fā)揮。”

在潘建偉看來，搞科研就像炒菜，要有各種好原料：有電子學(xué)的人，有控制激光的人……而在一個優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)中，各具專長和特點(diǎn)的科技人才之間必定會有充分的思想交流與碰撞，這樣才能使知識儲存量加速增長、科學(xué)思想快速形成、科研水平快速提高。

最大的夢想：將量子通信技術(shù)發(fā)展到極致

2009年4月，潘建偉團(tuán)隊(duì)在合肥市建立了世界上第一個光量子電話網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了“電話互聯(lián)互通、語音實(shí)時加密、安全牢不可破”的量子保密電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。兩年來，光量子電話網(wǎng)在系統(tǒng)的小型化、穩(wěn)定性等方面取得了快速進(jìn)展。

“量子保密通信在城域網(wǎng)上的使用已經(jīng)基本成熟，快則兩三年，慢則三五年，就可以推廣?！迸私▊フf，“但要實(shí)現(xiàn)廣域的量子保密通信，還需要借助衛(wèi)星?！?/p>

量子信息的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)糾纏光子在穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實(shí)現(xiàn)全球化的量子通信。潘建偉說：“中科院已經(jīng)啟動了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，計(jì)劃在2015年左右發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星?！?/p>

“許多人問我，什么是我的夢想？我說，夢想不是你想要得到什么東西，而是你發(fā)現(xiàn)一個很美妙的事情，你想去做。僅僅如此?！迸私▊フf，“能在目前的基礎(chǔ)上將量子通信技術(shù)發(fā)展到極致，而這既對國家和民族有利，又能滿足我自己的好奇心，對我來說，這是最愉快的事情，也是我目前最大的夢想。”